UA134669U - Slit Crystallizer of Thermoelectric Materials Based on Vi-Te - Google Patents

Abstract

Щілинний кристалізатор термоелектричних матеріалів на основі Ві-Те складається з розбірної, сформованої з двох пластин, вертикально розташованої комірки з відкритою внутрішньою порожниною у формі прямокутного паралелепіпеда, на дні якої утворена заглибина у формі клина, вершина якого паралельна двом протилежним внутрішнім поверхням порожнини. Внутрішня поверхня порожнини ламінована тонким шаром кристалічної слюди, який замінюється після кожної кристалізації.The slit crystallizer of thermoelectric materials based on Vi-Te consists of a collapsible, formed of two plates, a vertically located cell with an open inner cavity in the form of a rectangular parallelepiped, at the bottom of which is formed a depression in the form of a wedge, the apex of which is parallel to two opposite opposite inner. The inner surface of the cavity is laminated with a thin layer of crystalline mica, which is replaced after each crystallization.

Description

Корисна модель належить до галузі термоелектричного матеріалознавства і призначена для використання при вирощуванні профільованих монокристалічних зразків термоелектричних матеріалів з високою добротністю.The useful model belongs to the field of thermoelectric materials science and is intended for use in growing profiled single-crystal samples of thermoelectric materials with high Q.

Відомі пристрої на основі методу Бріджмена-Стокбаргера для вирощування термоелектричних матеріалів в контейнерах |1|. Як контейнер використовується циліндрична кварцова ампула. В який методом вертикальної зонної плавки вирощуються злитки термоелектричних матеріалів (2). На даний час цим способом вирощуються майже всі термоелектричні матеріали на основі Ві-Те, які використовуються для виготовлення термоелектричних модулів охолодження та генерації електричного струму. Контейнер з циліндричної кварцової ампули має наступні недоліки: 1. Контейнер у вигляді циліндричної кварцової ампули є одноразовим. Після закінчення процесу вирощування ампула, для виймання злитку термоелектричного матеріалу, розбивається. Одноразовість такого контейнеру призводить до збільшення витрат при виготовленні термоелектричного матеріалу і, відповідно, до збільшення ціни термоелектричного модуля; 2. В процесі вирощування злитку термоелектричного матеріалу існує ймовірність розтріскування кварцової ампули по причині різниці коефіцієнтів температурного розширення термоелектричного матеріалу та кварцу. Втрати термоелектричного матеріалу внаслідок розтріскування кварцових ампул також призводять до додаткових витрат; 3. При розрізуванні циліндричних зразків термоелектричних матеріалів на вітки у вигляді прямокутних призм виникають значні втрати термоелектричного матеріалів на периферійній частині циліндричних зразків за рахунок геометричного фактора; 4. Для запобігання взаємодії розплаву термоелектричного матеріалу з кварцом внутрішню поверхню кварцової ампули покривають шаром піролітичного графіту, наприклад шляхом піролізу спиртів. Це також ускладнює технологію і збільшує ціну виготовлення термоеєлектричного матеріалу.Known devices based on the Bridgman-Stockbarger method for growing thermoelectric materials in containers |1|. A cylindrical quartz ampoule is used as a container. In which method of vertical zone melting ingots of thermoelectric materials are grown (2). Currently, almost all thermoelectric materials based on Vi-Te, which are used for the manufacture of thermoelectric modules for cooling and generating electric current, are grown in this way. The cylindrical quartz ampoule container has the following disadvantages: 1. The cylindrical quartz ampoule container is disposable. At the end of the growing process, the ampoule is broken to extract the ingot of thermoelectric material. The single-use nature of such a container leads to an increase in the cost of manufacturing a thermoelectric material and, accordingly, to an increase in the price of a thermoelectric module; 2. In the process of growing an ingot of thermoelectric material, there is a possibility of cracking of the quartz ampoule due to the difference in the thermal expansion coefficients of the thermoelectric material and quartz. Losses of thermoelectric material due to cracking of quartz ampoules also lead to additional costs; 3. When cutting cylindrical samples of thermoelectric materials into branches in the form of rectangular prisms, there are significant losses of thermoelectric materials on the peripheral part of cylindrical samples due to the geometric factor; 4. To prevent the interaction of the melt of the thermoelectric material with quartz, the inner surface of the quartz ampoule is covered with a layer of pyrolytic graphite, for example by pyrolysis of alcohols. It also complicates the technology and increases the price of manufacturing thermoelectric material.

Задачею запропонованої корисної моделі є створення простого та ефективного пристрою для кристалізації термоелектричних матеріалів на основі Ві-Те.The task of the proposed useful model is to create a simple and effective device for the crystallization of thermoelectric materials based on Vi-Te.

Поставлена задача вирішується тим, що кристалізатор термоелектричних матеріалів наThe problem is solved by the fact that the crystallizer of thermoelectric materials on

Зо основі Ві-Те має вигляд розбірної, сформованої з двох пластин, вертикально розташованої комірки з відкритою внутрішньою порожниною у формі прямокутного паралелепіпеда, на дні якої утворена заглибина у формі клина, вершина якого паралельна двом протилежним внутрішнім поверхням порожнини, а вся внутрішня поверхня порожнини ламінована тонким шаром кристалічної слюди, який замінюється після кожної кристалізації.From the base, Vi-Te has the appearance of a collapsible, vertically arranged cell formed from two plates with an open internal cavity in the form of a rectangular parallelepiped, at the bottom of which a wedge-shaped depression is formed, the top of which is parallel to two opposite internal surfaces of the cavity, and the entire internal surface of the cavity is laminated a thin layer of crystalline mica, which is replaced after each crystallization.

Кристалізатор термоелектричних матеріалів на основі Ві-Те має вигляд розбірної, сформованої з двох пластин, вертикально розташованої комірки з відкритою внутрішньою порожниною у формі прямокутного паралелепіпеда, на дні якої утворена заглибина у формі клина, вершина якого паралельна двом протилежним внутрішнім поверхням порожнини, а вся внутрішня поверхня порожнини ламінована тонким шаром кристалічної слюди, який замінюється після кожної кристалізації. Запропонована корисна модель дозволяє уникнути недоліків які притаманні кристалізаторам у формі циліндричної ампули з кварцового скла. А об'єднання кількох кристалізаційних комірок в один кристалізаційний блок забезпечить необхідну продуктивність вирощування термоелектричного монокристалічного матеріалу у формі стрічок з товщиною яка відповідає товщині вітки термоелектричного модуля. Така форма вирощеного злитку зменшує витрати термоелектричного матеріалу при його розрізуванні на окремі вітки.The crystallizer of thermoelectric materials based on Vi-Te has the form of a collapsible, vertically arranged cell formed from two plates with an open internal cavity in the form of a rectangular parallelepiped, at the bottom of which a wedge-shaped depression is formed, the top of which is parallel to two opposite internal surfaces of the cavity, and the entire internal the surface of the cavity is laminated with a thin layer of crystalline mica, which is replaced after each crystallization. The proposed useful model avoids the disadvantages inherent in crystallizers in the form of a cylindrical ampoule made of quartz glass. And combining several crystallization cells into one crystallization unit will ensure the necessary productivity of growing thermoelectric monocrystalline material in the form of ribbons with a thickness that corresponds to the thickness of the wire of the thermoelectric module. This form of the grown ingot reduces the consumption of thermoelectric material when it is cut into separate branches.

Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива існуючих підприємствах, які займаються вирощуванням термоелектричних матеріалів для виготовлення модулів різного призначення.The industrial use of the proposed useful model does not require special technologies and materials, its implementation is possible at existing enterprises that are engaged in the cultivation of thermoelectric materials for the manufacture of modules for various purposes.

Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, на якому наведено вертикальний переріз запропонованого кристалізатора.The essence of the proposed useful model is explained by a drawing showing a vertical section of the proposed crystallizer.

Згідно з запропонованою корисною моделлю, кристалізатор утворений двома пластинами 1 та 2. Вказані пластини виготовлено такої форми, що при їх взаємному стискуванні утворюється порожнина у формі прямокутного паралелепіпеда, а на дні порожнини утворена заглибина у формі гострого клина. Поверхні пласти 1 та 2, які утворюють порожнину ламіновані тонким шаром кристалічної слюди 3. Отвори 4, які розташовані по краям пластин, зроблено для встановлення шпильок за допомогою яких пластини 1 та 2 скріплюються.According to the proposed useful model, the crystallizer is formed by two plates 1 and 2. The specified plates are made in such a shape that when they are mutually compressed, a cavity in the shape of a rectangular parallelepiped is formed, and at the bottom of the cavity a depression in the form of a sharp wedge is formed. The surfaces of layers 1 and 2, which form the cavity, are laminated with a thin layer of crystalline mica 3. Holes 4, which are located on the edges of the plates, are made for installing pins with the help of which plates 1 and 2 are fastened.

Працює пристрій наступним чином.The device works as follows.

Поверхні пластин 1 та 2, які утворюють порожнину ламінуються тонким шаром слюди, бо стискаються між собою шпильками. Утворений таким чином кристалізатор встановлюється в тепловий блок і міститься в об'єм з інертною атмосферою. За допомогою теплового блоку кристалізатор прогрівається до температури вище температури плавлення термоелектричного матеріалу. В прогрітому кристалізаторі в порожнину заливається розплав термоелектричного матеріалу. Кристалізація злитку відбувається в результаті поступового зниження температури дна кристалізатора. Після закінчення кристалізації і охолодження кристалізатора, останній розбирається, злиток виймається, з поверхні пластин 1 та 2 видаляється шар слюди.The surfaces of plates 1 and 2, which form the cavity, are laminated with a thin layer of mica, because they are pressed together with pins. The crystallizer formed in this way is installed in a thermal block and contained in a volume with an inert atmosphere. With the help of a heat block, the crystallizer is heated to a temperature above the melting point of the thermoelectric material. In a heated crystallizer, a melt of thermoelectric material is poured into the cavity. Crystallization of the ingot occurs as a result of a gradual decrease in the temperature of the bottom of the crystallizer. After crystallization and cooling of the crystallizer, the latter is disassembled, the ingot is removed, the mica layer is removed from the surface of plates 1 and 2.

Джерела інформації: 1. Полупроводниковье термозлектрические материальі на основе ВігТез, Гольцман Б.М.,Sources of information: 1. Semiconductor thermoelectric materials based on VigTez, Holtsman B.M.,

Кудинов В.А., Смирнов И.А., Изд-во "Наука", Главная редакция физико-математической литературь, М., 1972. Иванова, чистякові. 2. Патент ОА 75715. МПК: СЗОВ 13/24. Спосіб вирощування термоелектричного матеріал /Kudynov V.A., Smirnov I.A., "Nauka" publishing house, Main editorial office of physical and mathematical literature, M., 1972. Ivanova, Chistyakovi. 2. Patent OA 75715. IPC: SZOV 13/24. The method of growing thermoelectric material /

Раренко І.М., Струтинська Л.Т., Михайловський В.Я. (ОА). - Опубл. 10.12.2012.Rarenko I.M., Strutynska L.T., Mykhaylovskyi V.Ya. (OA). - Publ. 10.12.2012.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA Щілинний кристалізатор термоелектричних матеріалів на основі Ві-Те, що складається з розбірної, сформованої з двох пластин, вертикально розташованої комірки з відкритою внутрішньою порожниною у формі прямокутного паралелепіпеда, на дні якої утворена заглибина у формі клина, вершина якого паралельна двом протилежним внутрішнім поверхням 20 порожнини, а вся внутрішня поверхня порожнини ламінована тонким шаром кристалічної слюди, який замінюється після кожної кристалізації. 2 ока ; я Зк ник ся и Я ях ке 5 Й т жа о й з - и АA slot crystallizer of thermoelectric materials based on Vi-Te, consisting of a collapsible, formed from two plates, vertically located cell with an open internal cavity in the form of a rectangular parallelepiped, at the bottom of which a wedge-shaped depression is formed, the top of which is parallel to two opposite internal surfaces 20 of the cavity , and the entire inner surface of the cavity is laminated with a thin layer of crystalline mica, which is replaced after each crystallization. 2 eyes; i Zk nyk sia i I yah ke 5 Y t zha o i z - i A