通过粉末冶金术制造热电元件的改进的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于制造热电元件或至少一个热电元件半成品的方法，其中多个由热电活性材料制成的热腿被引入由电绝缘且热绝缘基板材料制成的实质上平坦的基板内，使热腿以实质上垂直于基板面的方式延伸穿过基板，活性材料被以粉状形式提供，被压制成生坯，然后在基板内进行烧结以提供热腿。本发明专利技术基于改进在上述介绍中提及的一般类型方法以增大上述热绝缘且电绝缘材料选择的自由度的目的。该目的通过下述得以实现，粉状活性材料被在布置于基板外面的模具中压制，生成生坯，这些生坯被推出模具推入设置在基板上的孔中，在孔内它们被烧结而生成热腿。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种制造热电元件或至少一个热电元件半成品的方法，其中由多个热电活性材料制成的热腿被引入由电绝缘且热绝缘基板材料制成的实质上平坦的基板内，使热腿以实质上垂直于基板面的方式延伸穿过基板，并且其中，活性材料被以粉状形式提供，被压制成生坯，然后在基板内进行烧结以提供热腿。热电元件是将热能转换为电能的能量转换器，采用帕尔贴和西伯克描述的热电效应。因为热电效应是可逆的，所以任何热电元件也可以用于将电能转换成热能：已知为帕尔贴元件的元件被用于冷却或加热物体同时消耗电功率。因此，在本专利技术的上下文中帕尔贴元件也被认为是热电元件。用于将热能转换成电能的热电元件通常被称为温差发生器(TEG)。热电元件的例子和介绍可在下述中找到：●ThermoelectricsHandbook-Macrotonano,D.M.Rowe(ed.),CRC-Taylor&FrancisGroup,BocaRaton,London,NewYork,2006,ISBN978-0-8493-2264-8●ThermoelectricsGoesAutomotive,D.(ed.),expertverlagGmbH,2011,ISBN978-3-8169-3064-8；●JP2006032850A；●EP0773592A2；●US6872879B1；●US20050112872A1；●JP2004265988A。热电元件的工业制作包括由两个热腿形成的、热电活性材料的至少一个热电偶，以及承载并围绕热电偶并且使热电偶与外界电绝缘的壳体。现有技术描述了许多热电活性材料。用于商业应用的适当合金的例子包括由半导电铋碲化物类(特别是带硒和/或锑附加成分)构成的那些，由这些材料，利用相应的p-导电掺杂和n-导电掺杂，可以形成热电偶。另外的热电活性物质类是：半霍伊斯勒(Semi-Heusler)材料，各种硅化物(特别是镁、铁)，各种碲化物(铅、锡、镧、锑、银)，各种锑化物(锌、铈、铁、镱、锰、钴、铋；一些还被称为津特耳相)，TAGS，硅锗化物，络合物(特别是基于锗的)。又对于这些半导体材料，热电元件也可以由最标准的金属的组合制成，情况确实如此，例如，用于进行温度测量的传统热电偶，例如Ni-CrNi。然而，如此可实现的优值系数(热电“效率”)比所提及的半导体材料低得多。传统的热电元件传统地由热电活性半导体制成的块体以及硬的、通常是陶瓷的、电绝缘外壳构成。如果使用这些固体块，那么它们由固体锭锯切得到。另外已知热电活性材料可以通过粉末冶金技术加工制得，以在一个烧结步骤中获得具有非常低水平的空腔的、实质上不可渗透的块体，然后，立方形的TE腿可根据需要从这些块体锯得。此现有技术公开了将粉末形式的活性材料压制穿过穿孔模板，从而获得片体形式的生坯。此模板是来自压片设备的固体模具。被压制穿过模板得到的热电生坯然后被烧结，可以根据需要锯成一定尺寸，抛光和/或涂层，借助于穿孔格栅以合适的方式布置并且经由焊桥电连接到彼此，再移除格栅，留下接触桥，如此获得的热电元件半成品形式被最终完成，利用两个顶板、特别是陶瓷材料的顶板以及可选的侧向密封件(例如借助于硅密封化合物)以形成随时可用的模块。WO2008061823A1公开了通过将粉末形式的热电材料引入平坦的多孔基板而制造热电元件半成品形式。所制造的元件的热腿垂直于基板面延伸。申请人从DE102012205087A1中知晓了在前序中提及的一般类型的方法，上述申请在本申请申请时还未公开。以粉状形式提供的活性材料的压制发生在穿孔模板的孔内，该模板变成所制造的热电元件的一部分，也就是基板。此方法的缺点可认为是此模板必须由热绝缘且电绝缘材料制成，因为它保留在TEG中作为基板。同时，此模板在生坯的压制过程中必须承受很高的机械负载，这限制了上述热绝缘且电绝缘材料的选择。出于此现有技术，本专利技术基于改进在前序中提及的一般类型的方法的目的，以增大上述热绝缘且电绝缘材料选择的自由度。该目的通过下述得以实现，粉状活性材料被在布置于基板外面的模具中压制，生成生坯，该生坯被推出模具推入设置在基板上的孔中，在孔内它们被烧结而生成热腿。因此，本专利技术涉及一种用于制造热电元件或至少一个热电元件半成品的方法，其中多个由热电活性材料制成的热腿被引入由电绝缘且热绝缘基板材料制成的实质上平坦的基板内，使热腿以实质上垂直于基板面的方式延伸穿过基板，并且其中，活性材料被以粉状形式提供，被压制成生坯，然后在基板内被烧结以提供热腿，其中，粉状活性材料被在布置于基板外面的模具中压制，生成生坯，该生坯被推出模具进入设置在基板上的孔中，在孔内它们被烧结而生成热腿。本专利技术基于非原位压制粉末的思想，也就是在位于基板外面的特定模具中压制粉末，生成生坯，然后将生坯推到为该目的设置于基板上的孔内。相比于在DE102012205087A1中进行的原位压制，此过程具有非常决定性的优势，那就是，此模具不再在随后的TEG中发挥作用，因此不必须也由绝缘材料制成。因此，在最简单的情况下，对于由钢制成的模具来说，具有用于承受在生坯压制过程中产生的力的极好能力。同时，该基板可以由具有相对较低机械强度的热绝缘且电绝缘的材料制成，因为在将生坯推到基板内时产生的力显著小于在压制粉末时产生的力。这很大程度上拓宽了使热电元件行使功能的最佳基板材料的选择自由度。根据本专利技术的方法不但拓宽了与将被制造的产品有关的优势，还允许加工优势：这样，本专利技术的优选实施例利用相同的工具来压制粉状活性材料以提供生坯以及将这些生坯推到基板上的孔内。也就是说，用来进行压制的工具不但被设计用来在材料上施加压力，而且还用来移动材料。工具的多功能用法使生产过程合理化。压制活性材料所需的压制力是将生坯推到基板内所需的力的大约10倍至100倍。优选地，工具是至少一对冲头，它们被从两侧插入模具内，其中一个穿过设置于基板上的孔接合相应生坯。从过程技术角度来说这种结构实施起来特别简单。根据本专利技术的方法的另一优选实施例在于，多个模具组合来提供平坦模板，并且在于，至少在活性材料的压制和生坯的插入过程中，模板位于基板上使孔和模具彼此对齐。多个模具组合提供模板使得可以缩短周期时间，因为可以同时用粉末填充多个模具，在其中压制生坯以及将生坯推到基板内。这使过程快得多并且更高效。在上下文中，这些模具优选地被组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造热电元件或至少一个热电元件半成品的方法，其中，多个由热电活性材料制成的热腿被引入由电绝缘且热绝缘的基板材料制成的实质上平坦的基板内，使这些热腿以实质上垂直于基板面的方式延伸穿过基板，并且其中，活性材料被以粉状形式提供，被压制成生坯，然后在基板内被烧结以提供热腿，其特征在于，粉状活性材料被在布置于基板外面的模具中压制，生成生坯，这些生坯被推出模具，推入设置在基板上的孔中，在所述基板内被烧结而生成热腿。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.27 DE 102013219541.91.一种制造热电元件或至少一个热电元件半成品的方法，其中，多个
由热电活性材料制成的热腿被引入由电绝缘且热绝缘的基板材料制成的实
质上平坦的基板内，使这些热腿以实质上垂直于基板面的方式延伸穿过基
板，并且其中，活性材料被以粉状形式提供，被压制成生坯，然后在基板
内被烧结以提供热腿，
其特征在于，
粉状活性材料被在布置于基板外面的模具中压制，生成生坯，这些生
坯被推出模具，推入设置在基板上的孔中，在所述基板内被烧结而生成热
腿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将粉状活性材料压制成
生坯以及将生坯推入基板上的孔中借助于相同的根据进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述工具是至少一对冲
头，所述一对冲头被从两侧插入模具内，其中的一个冲头穿过设置于基板
上的孔接合相应生坯。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，多个模具组合以提供平
坦的模板，并且在于，至少在活性材料的压制和生坯的插入过程中，模板
以表面接触的方式位于基板上使各孔和各模具彼此对齐。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，孔和模具具
有圆形形状并且实质上具有相同的直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，孔被以去屑
加工的方式引入基板内，特别地通过钻削而且不借助冷却润滑剂。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，孔在去屑加工之后被吹
净，特别地使用惰性气体吹净。
8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布塞，S·霍赫，M·格尔纳，M·吉塞尔勒，T·舒尔茨，P·施滕纳，P·V·莫滕森，A·A·恩克莎菲，
申请(专利权)人：赢创德固赛有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE