利用冷成型的高性能热电材料制造方法技术

本发明专利技术旨在不受热电物质种类制约地制造多种热电材料，另外，以经济的同时对环境友好的方法制造热电材料，提供利用冷成型的高性能热电材料制造方法，包括：铸锭制造步骤，使热电物质熔化后冷却来制造铸锭（ingot）；冷成型步骤，对所述制造的铸锭进行冷成型，制造热电材料；以及热处理步骤，对所述制造的热电材料进行热处理。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术旨在不受热电物质种类制约地制造多种热电材料，另外，以经济的同时对环境友好的方法制造热电材料，提供，包括：铸锭制造步骤，使热电物质熔化后冷却来制造铸锭（ingot）；冷成型步骤，对所述制造的铸锭进行冷成型，制造热电材料；以及热处理步骤，对所述制造的热电材料进行热处理。【专利说明】
本专利技术涉及利用冷成型（cold working)的高性能热电材料制造方法，更详细而 言，涉及将原材料铸锭（ingot)后，对其进行冷成型、热处理，从而不受热电物质种类制约地 制造多种热电材料，而且经济的同时对环境友好的的利用冷成型的高性能热电材料制造方 法。 本研究在韩国科学技术研究院的主管下，受到教育科学技术部尖端融合技术开发 项目（课题名称：分子结构控制高效率热电材料及半导体冷却元件技术开发，课题固有编 号：1345154294)的支持而实现。
技术介绍
-般而言，热电元件（thermo element)是能量转换材料，当在材料两端间施加温 度差时产生电能，相反，当给材料以电能时，在材料两端间产生温度差。 热电元件的热电发电及冷却基于因温度差而产生电动势的塞贝克效应（Seebeck effect)及利用电能使具有热能的电子、空穴移动而产生的珀尔帖效应（Peltier effect)。 这种热电元件由于故障少、维护管理容易、无噪声的优点，可以在限定的空间内作为小规模 的能量转换系统有用地应用。 热电元件的性能直接取决于元件的结构以及热电材料（thermoelectric materials)具有的热电性能指数（figure of merit)。每种物质达到性能指数最佳化的温 度不同，在常温区域中，铋-碲合金系列表现出最优秀的热电特性，因而在实际元件中使用 最多。热电性能指数（ZT)表现为α 2〇Τ/κ，其中，α表示塞贝克系数（α)，σ表示电导 率，κ表示热导率，Τ表示绝对温度。 在制作这种热电元件方面，现在大致有两种问题。 第一，上述物质作为毒性强的材料，在工序中需要使环境污染实现最小化。现在大 量使用的机械合金化（mechanical alloying)或粉末法（powder method)从这种观点而言 具有较大弱点。另外，就上述方法而言，在工序中容易氧化，杂质等流入的可能性大，这极大 损害了材料的热电性质。 第二，为了可以用于元件的程度的高机械强度和减少材料缺陷来维持高热电 性能，被称为压力与热处理的两种工序必不可少，这两种工序使用很多的元件制作费 用，因此，需要通过新工序节省生产费。特别是在像放电等离子体烧结（spark plasma sintering)、热压（hot press)那样同时施加压力与热的情况下，设备费及制造费必然大幅 上升。 就以上两种观点而言，现在热电元件产业迫切需要的是对环境友好的工序方法和 能够节省生产费的低价型热电材料(物质）合成技术。 【现有技术文献】 【专利文献】 大韩民国公开专利公报第10-2010-0053359号 美国公开专利公报第2011-0083666号 美国公开专利公报第2010-0295202号 美国公开专利公报第2008-0202575号 【非专利文献】 Identifying the Specific Nanostructures Responsible for the High Thermoelectric Performance of(Bi, Sb)2Te3Nanocomposites, ffenjie Xie et al. High-Thermoelectric Performance of Nanostructured Bismuth Antimony Telluride Bulk Alloys, Bed Poudel et al.
技术实现思路
本专利技术为解决如上所述的问题，目的在于提供利用冷成型的高性能热电材料制造 方法，将热电物质铸锭（ingot)后，对其进行冷成型、热处理，从而不受热电物质种类制约地 制造多种热电材料，而且经济的同时对环境友好。 在用于达成本专利技术目的的一个实施方式中，提供利用冷成型的高性能热电材料制 造方法，其中，包括：铸锭制造步骤，使热电物质熔化后冷却来制造铸锭（ingot);冷成型步 骤，对所述制造的铸锭进行冷成型来制造热电材料；以及热处理步骤，对所述制造的热电材 料进行热处理。 在示例性的实施方式中，优选所述冷成型步骤反复实施2次以上。 在示例性的实施方式中，优选所述热处理步骤在250°C?550°C的温度范围内进 行。 在示例性的实施方式中，优选所述热电物质为N-型或P-型热电物质。 在示例性的实施方式中，优选所述热电物质是选自Bi-Te系、Sb-Te系、Pb-Te系、 Pb-Se 系、Si-Ge 系、In-Co 系、Bi-Te-Se 系、Bi-Te-Sb 系及 In-Co-Sb 系中的一种以上的 2 元素系物质。 在示例性的实施方式中，优选在所述冷成型步骤中，施加于所述铸锭的压力为 400MPa ?2000MPa。 在示例性的实施方式中，优选所述热处理步骤在无氧条件下进行，所述无氧条件 为真空状态、氩（Ar)非活性气氛或氢（H 2)还原性气氛。 根据本专利技术的，可以不受热电物质种类制 约地制造各种热电材料。 另外，根据本专利技术的，可以以经济而且对 环境友好的方法制造热电材料。 【专利附图】【附图说明】 图1表示当根据本专利技术的一个实施方式将经过冷塑变形的材料进行热处理时，材 料经过恢复、再结晶及晶粒成长现象并变化的微细结构。 图2是表示根据本专利技术的一个实施方式对热电材料施加冷成型的过程的示意图。 图3是表示根据本专利技术的一个实施方式对冷成型的热电材料进行低温热处理的 过程的示意图。 图4表示在本专利技术的一个实施方式中，不同热处理时间下的热电材料的热电物性 变化。 【具体实施方式】 下面参照附图，说明本专利技术的优选实施方式。本专利技术以附图中图示的实施方式为 参考进行了说明，但这只是作为一个实施方式进行说明，本专利技术的技术思想及其核心构成 及作用并不限定于此。 特别是包括权利要求书及摘要在内，本说明书通篇使用的术语"热电元件（thermo e 1 ement) "应理解为意味着在材料两端间施加温度差时产生电能，而给材料以电能时在材 料两端间产生温度差的能量转换材料，术语"热电材料（thermoelectric materials)"应理 解为意味着用于制造所述热电元件的材料。 本专利技术提供一种热电材料制造方法，其将金属冶金领域中使用的恢复 (recovery)、再结晶（recrystallization)及晶粒生长（grain growth)现象应用于热电物 质，压力工序与热处理工序分离，能够合成高性能的低温、中温或高温热电材料，经济的同 时，抑制环境污染可能性。 在旨在达成本专利技术目的的一个实施方式中，提供一种利用冷成型的高性能热电材 料制造方法，其中，包括：铸徒制造步骤，使热电物质溶化后冷却，制造铸徒（ingot);冷成型 步骤，对所述制造的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用冷成型的高性能热电材料制造方法，其中，包括：铸锭制造步骤，使热电物质熔化后冷却来制造铸锭；冷成型步骤，对所述制造的铸锭进行冷成型来制造热电材料；以及热处理步骤，对所述制造的热电材料进行热处理。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：白承协，郑圣真，玄道彬，金成根，金镇相，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR