生产热电固体元件的方法_3

文档序号:9672273阅读:来源:国知局
00兆帕斯卡。施加到混合粉末的压力为至少这个压力的优势可能在于,它使得合成和冲压期间Zn4Sb3材料的较少分解成为可能。这可能是令人惊讶的,即与用较低压力(60MPa和30MPa)压缩的固体元件相比,相对高压力如lOOMPa产生的固体元件可极少分解。人们可以预期,由于晶粒间的密切接触,应该发生更大程度的Zn扩散,其可被假定为导致更多的分解。然而,较低压力下晶粒之间较高的接触电阻可导致加热期间的高电流。
[0048]在具体实施方案中,施加的压力在1-300兆帕斯卡的范围内,例如150兆帕斯卡,比如在2-250兆帕斯卡的范围内,例如140兆帕斯卡,比如在5-225兆帕斯卡的范围内,例如130兆帕斯卡,比如在10-200兆帕斯卡的范围内,例如120兆帕斯卡,比如在20-175兆帕斯卡的范围内,例如120兆帕斯卡,比如在30-150兆帕斯卡的范围内,例如110兆帕斯卡,比如在40-125兆帕斯卡的范围内,例如100兆帕斯卡,比如在50-100兆帕斯卡的范围内,例如90兆帕斯卡,比如在60-100兆帕斯卡的范围内,例如80兆帕斯卡,比如在70-90兆帕斯卡的范围内,例如75兆帕斯卡,比如在90-110兆帕斯卡的范围内,例如95兆帕斯卡,比如在95-105兆帕斯卡的范围内。
[0049]在具体实施方案中,所述冲压为单轴向冲压,如所施加的压力以一个方向施加。这可能对于实现均匀的致密化和紧密固体元件的生产是有利的。
[0050]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中施加的通过混合粉末的电流大到足以加热样品至至少350摄氏度,比如200-950摄氏度的范围内,例如355摄氏度,比如210-900摄氏度的范围内,例如365摄氏度,比如220-850摄氏度的范围内,例如375摄氏度,比如250-800摄氏度的范围内,例如385摄氏度,比如275-750摄氏度的范围内,例如395摄氏度,比如300-700摄氏度的范围内,例如405摄氏度,比如310-650摄氏度的范围内,例如415摄氏度,比如320-600摄氏度的范围内,例如425摄氏度,比如330-550摄氏度的范围内,例如435摄氏度,比如350-500摄氏度的范围内,例如425摄氏度,比如375-450摄氏度的范围内,例如405摄氏度,比如390-410摄氏度的范围内。施加大到足以加热样品至该区间内的温度的通过混合粉末的电流的优势可能为较高的温度下观察到较少的固体元件分解,比如Zn4Sb3到ZnSb的分解。在另一个实施方案中,施加的通过混合粉末的电流大到足以加热样品至至少345摄氏度,比如至少355摄氏度,比如至少360摄氏度,比如至少365摄氏度,比如至少370摄氏度,比如至少375摄氏度,比如至少380摄氏度,比如至少385摄氏度,比如至少395摄氏度,比如至少390摄氏度,比如至少395摄氏度,比如至少400摄氏度,比如到400摄氏度。施加大到足以加热样品至至少该温度的通过混合粉末的电流的优势可能为较高温度下观察到较少的固体元件分解,比如Zn4Sb3到ZnSb的分解。
[0051]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中调整所施加的通过混合粉末的电流以便加热样品至至多550摄氏度,比如至多545摄氏度,比如至多540摄氏度,比如至多535摄氏度,比如至多530摄氏度,比如至多525摄氏度,比如至多520摄氏度,比如至多515摄氏度,比如至多510摄氏度,比如至多505摄氏度,比如至多500摄氏度,比如至多400摄氏度。调整所施加的通过混合粉末的电流以便加热样品至至多该温度的优势可能为,较低温度下观察到较少的固体元件分解,比如Zn4Sb3分解为具有较低塞贝克系数的另一相。
[0052]在具体实施方案中,有提供一种方法其中混合粉末被加热至350摄氏度到500摄氏度范围内的温度。
[0053]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中所施加的电流在不到24小时内,比如在12小时内,比如在8小时内,比如在4小时内,比如在2小时内,比如在90分钟内,比如在60分钟内,比如在45分钟内,比如在30分钟内,比如在25分钟内,比如在20分钟内,比如在15分钟内,比如在10分钟内,比如在5分钟内基本上被关掉,比如完全关掉。提供其中所施加的电流在该数量的时间内基本上被关掉的方法的一个可能的优势可能为,实现耗时和/或耗能上的减少。另一个可能的优势可能为,可看到从Zn4Sb3降解为ZnSb的固体元件区域随时间的显著增长。另一个可能的优势可能为,可看到固体元件的同质性随时间的降解。
[0054]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中所施加的压力在不到24小时内,比如在12小时内,比如在8小时内,比如在4小时内,比如在2小时内,比如在90分钟内,比如在60分钟内,比如在45分钟内,比如在30分钟内,比如在25分钟内,比如在20分钟内,比如在15分钟内,比如在10分钟内,比如在5分钟内释放,比如减至大气压。提供其中所施加的电流在该数量的时间内基本上被关掉的方法的一个可能的优势可能为,实现耗时和/或耗能上的减少。另一个可能的优势可能为,可看到从Zn4Sb3降解为ZnSb的固体元件区域随时间的显著增长。另一个可能的优势可能为,可看到固体元件的同质性随时间的降解。
[0055]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中加热速度为每分钟至少50摄氏度,比如每分钟至少75摄氏度,比如每分钟至少100摄氏度,比如每分钟至少125摄氏度,比如每分钟至少150摄氏度。提供其中加热速度由这些值所给出的方法的一个可能的优势可能为,较高的加热速度下观察到较少的固体元件的分解,比如Zn4Sb;^lj ZnSb的分解。可通过使用电阻式加热(比如使用具有脉冲电流的电阻式加热)提供的快速加热使得高加热速度,比如40K/分钟以便在10分钟内到达400摄氏度(从室温),或125K/minute以便在3分钟内到达400摄氏度(从室温)成为可能。总之,混合粉末被加热的时间越长,它将越多降解(比如从Zn4Sb3相变为ZnSb)。
[0056]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中加热速度为每分钟至多50摄氏度,比如每分钟至多75摄氏度,比如每分钟至多100摄氏度,比如每分钟至多125摄氏度,比如每分钟至多150摄氏度。提供其中加热速度由这些值所给出的方法的一个可能的优势可能为,对于较低的加热速度可获得更致密的固体元件。
[0057]在具体实施方案中,加热速度在每分钟10-500摄氏度的范围内,例如每分钟200摄氏度,比如在每分钟20-400摄氏度的范围内,例如每分钟210摄氏度,比如在每分钟25-350摄氏度的氛围内,例如每分钟200摄氏度,比如在每分钟30-320摄氏度的氛围内,例如每分钟300摄氏度,比如在每分钟35-300摄氏度的范围内,例如每分钟250摄氏度,比如在每分钟40-350摄氏度的范围内,例如每分钟100摄氏度,比如在每分钟45-300摄氏度的范围内,例如每分钟155摄氏度,比如在每分钟50-250摄氏度的范围内,例如每分钟225摄氏度,比如在每分钟50-200摄氏度的范围内,例如每分钟135摄氏度,比如在每分钟50-175摄氏度的范围内,例如每分钟145摄氏度,比如在每分钟50-150摄氏度的范围内,例如每分钟115摄氏度,比如在每分钟50-130摄氏度的范围内。
[0058]根据本发明的另一个实施方案,有提供一种方法,其中混合粉末具有相应于化学计量式Zn4Sb3的成分,其中部分Zn原子以相对于Zn原子的20mol%或更少的总量可选地由选自包括Sn、Mg、Pb和/或过渡金属的组的一种或多种元素取代。
[0059]根据本发明的第二方面,本发明进一步涉及包含Zn4Sb3的固体元件,如粒料,其根据第一方面进行生产。
[0060]根据本发明的第三方面,本发明进一步涉及包含根据第二方面的固体元件的热电器件。
[0061]“热电器件”可理解为当器件的各个侧面具有不同温度时能够产生电压的器件。在实际的热电器件中,通常至少两个热电腿被插入,其腿为不同的类型。
[0062]为得到运行的热电器件,所述固体元件不得不电接触。这可通过使所述Zn4Sb^料与电连接元件比如Cu棒(比如具有一定尺寸以匹配固体元件如Zn4Sb3粒料的整个直径的Cu棒)接触来完成。在一个具体的实施方案中,在组合的合成和烧结期间,将所述一个或多个电连接元件邻近所述固体元件放置,比如在组合的合成和烧结期间将所述一个或多个电连接元件接触所述固体元件。这个可能的优势可能为,在已经产生所述固体元件后,节省了电连接所述固体元件与所述一个或多个电连接元件的过程步骤。另一个可能的优势可能为可避免焊接或钎焊。在进一步的实施方案中,在合成和冲压期间,将一个或多个Zn箔置于所述一个或多个电连接元件和所述固体元件之间。该Zn箔作为Zn储备,以便在合成/冲压期间(比如在施加可导致Zn电迀移的电流期间)补充所述固体元件内可能损失的Zn。
[0063]本发明的这个方面的特别但绝非仅有的有利之处在于根据本发明的方法可以通过……实施。
[0064]本发明的第一、第二和第三方面可各自与
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