本发明专利技术涉及热电器件领域，具体的涉及到一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件。所述热电器件包括：陶瓷层、金属电极层、接触层和热电臂。所述陶瓷层设有凹槽，所述金属电极层、接触层和部分热电臂嵌入所述凹槽内。本发明专利技术降低了金属电极层特别是热端金属电极层在冷热交替中的破坏可能性，确保了陶瓷层、金属电极层、热电臂之间长时间可靠的热接触和电接触，从而提高了热电器件的使用寿命。高了热电器件的使用寿命。高了热电器件的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件
[0001]本专利技术涉及热电器件领域，具体的涉及到一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件。
技术介绍
[0002]热电器件是一种利用热电材料的Seebeck效应，将热电器件冷热端的温差直接转化为电能的装置。
[0003]现有热电器件从上到下依次由：热端陶瓷层（平面型）、热端金属电极层（平面型）、热端接触层（平面型，当热电臂与热端金属电极层之间形成欧姆接触时可以不用该接触层，否则必须包括热端接触层，）、n或p型热电臂、冷端接触层(平面型）、冷端金属电极层（平面型）和冷端陶瓷层（平面型）组成。
[0004]热电元件结构上所有部件层都只与相邻层紧密接触，而不与其他层跨层连接(比如冷接触层只与下方的冷端金属电极层和上方的n或p热电臂连接，而不会与其他层跨层连接）。
[0005]热电元件中包括多个n和p型热电臂，一个n和一个p型热电臂，通过金属电极连接成一对π型热电偶。一个热电器件通常由若干对π型热电偶相互串联。
[0006]热电器件工作条件恶劣，能否长期稳定工作是关键。热电器件冷端处于低温状态，正常情况下变形较小，一般不会发生破坏，因而对器件寿命影响较小。热电器件热端处于高温状态，器件中热端金属电极层往往热膨胀系数较大而屈服强度较低，并且，应力集中往往也发生在热端金属电极。因此，热端金属电极层是器件中最容易发生破坏的部位。
[0007]热电器件的传统结构设计中，热端、冷端均采用平面型设计，即平整的金属电极层覆着在平整的陶瓷片内侧面。这样的设计下，与热电臂接触的热端金属电极既需要承担纵向热传导功能，还需要承担横向电传导功能与相邻热电臂形成电流回路。一旦这里的金属电极发生破坏，如典型的纵向撕开或断裂，将导致电传导、热传导同时受影响，直至形成电流断路。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于：针对现有技术中金属电极容易发生断裂，导致电传导和热传导同时受影响的问题，提供一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，包括热端陶瓷层和热端金属电极层，所述热端陶瓷层设有热端凹槽；所述热端金属电极层部分或全部嵌入所述热端凹槽内。
[0010]可以理解的是，上述的嵌入式构造，将热端金属电极层限位在了热端陶瓷层内，而热端陶瓷层在高温中基本不会变形，因此即使热端金属电极层在受热过程中发生了膨胀，也会被热端凹槽所束缚，极大的降低了因膨胀而断裂的可能性。并且即使出现轻微断裂，也容易在后续的加热中重新焊合。
[0011]进一步的是，本方案还包括热端接触层，上述热端金属电极层全部嵌入所述热端凹槽内，所述热端接触层与所述热端金属电极层接触或连接，所述热端接触层部分或全部嵌入所述热端凹槽内。
[0012]可以理解的是，当包含热端接触层时，所述热端接触层同热端金属电极层一起嵌入所述热端凹槽内，且热端接触层铺设于热端金属电极层远离热端陶瓷层的一面。这种嵌入方式便于对热端金属电极层进一步的限位（此时，热端金属电极层被热端凹槽壁与热端接触层完全包围），防止其受热以后发生纵向形变。同时也便于热端接触层的固定，保证热端接触层同热端金属电极层的良好接触。
[0013]进一步的是，本方案还包括热电臂，所述热电臂的一端嵌入所述热端凹槽内。
[0014]可以理解的是，这种嵌入方式增加了热电臂与热端接触层或热端金属电极层的接触面积（因为热电臂一端嵌入热端凹槽后，嵌入部分的热电臂侧面与热端金属电极层或热端接触层发生了接触），增加了热电元件的灵敏性。
[0015]作为本专利技术的优选方案，所述热端陶瓷层为带所述热端凹槽的长方体结构，或带所述热端凹槽的环状结构。
[0016]可以理解的是，上述两种热端陶瓷层的结构，能够将上述热端电极层和热端接触层嵌入以及电热臂的一端进行嵌入的同时也满足了市场上对于热电元件的形状需求。
[0017]进一步的，上述热端凹槽由两个相连接的凸台型凹槽组成。
[0018]可以理解的是，上述热端陶瓷层形状和热端凹槽形状的设计，便于将上述的热端金属电极层、热端接触层和电热臂的一端更好的嵌入,同时便于实现将电传导和热传导功能被分离到热端金属电极层的不同位置(热传导主要由上述凸型热端凹槽的凸型上半部分内的电极层实现，电传导主要由上述凸型热端凹槽的凸型下半部分内的的电极层实现。因为凸型上半部分内的电极层更靠近热源，而凸型下半部分内的的电极层同另一热电臂的连接面积大）。
[0019]作为本专利技术的优选方案，热端陶瓷层是由AlN、SiC、Al2O3、Si3N4中的一种材料或多种材料制成。
[0020]可以理解的是，由上述材料制作的热端陶瓷层具有优异的热传导性、高温绝缘性、耐高温等优点。
[0021]作为本专利技术的优选方案，所述热电臂的热电材料是Bi2Te3基、half-Heusler基、PbTe基、MgAgSb基、SiGe基、Mg3Sb2基和CoSb3基中的一种或几种组合制成。
[0022]可以理解的是，采用上述热电材料具有较大的Seebeck系数和较低的热导率，保证了热电材料的高性能。
[0023]作为本专利技术的优选方案，所述热端金属电极层是Cu、Au、Ag中的一种材料或多种材料制成。
[0024]可以理解的是，Cu、Au、Ag材料制成的电极层具有较好的导电性和延展性，降低电极层在反复加热的过程中撕裂、断裂的可能性。
[0025]作为本专利技术的优选方案，所述热端接触层是Ni、Fe中的一种材料或两种材料制成。
[0026]可以理解的是，由上述材料制成的热端接触层具有低热膨胀系数，并且在特定温度范围内的热处理能使热膨胀系数稳定化，有较好的耐高温能力。
[0027]作为本专利技术的优选方案，所述冷端陶瓷层可以设有冷端凹槽，所述冷端金属电极
层和冷段接触层嵌入所述冷端凹槽，所述热电臂的另一端嵌入所述冷端凹槽。
[0028]优选的是，所述冷端凹槽尺寸和形状与上述热端凹槽尺寸和形状一致。
[0029]可以理解的是，对热电元件的冷端也可以采用同热端相同的嵌入式设计，进一步增加了热电元件冷端的性能和寿命。
[0030]由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)本方案设计一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，在这种热端结构设计下，增大了金属电极层的铺设面积，应力集中值大大下降，降低了热端金属电极层被破坏的可能性。
[0031](2)本方案中热端金属电极层被限制在热端陶瓷板的热端凹槽内，因此即使嵌入其中的热端金属电极材料出现微裂纹，也容易在后续反复加热的过程中重新焊合，从而大大降低了撕裂、断裂的可能性。
[0032](3)本方案实现了电传导和热传导功能被分离到热端金属电极层的不同位置。即使热端凹槽圆柱体形状内的热端金属电极层被撕裂，但电传导不会受到影响，器件还能正常工作。
附图说明
[0033]图1为实施例1中具有嵌入式热端金属电极的热电器件示本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，包括热端陶瓷层和热端金属电极层，其特征在于，所述热端陶瓷层设有热端凹槽；所述热端金属电极层部分或全部嵌入所述热端凹槽内。2.根据权利要求1所述的一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，其特征在于，还包括热端接触层，所述热端金属电极层全部嵌入所述热端凹槽内，所述热端接触层与所述热端金属电极层连接，所述热端接触层部分或全部嵌入所述热端凹槽内。3.根据权利要求1所述的一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，其特征在于，还包括热电臂，所述热电臂的一端嵌入所述热端凹槽内。4.根据权利要求1所述的一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，其特征在于，所述热端陶瓷层为带所述热端凹槽的长方体结构，或带所述热端凹槽的环状结构。5.根据权利要求1所述的一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，其特征在于，所述热端凹槽由两个相连接的凸台型凹槽组成。6.根据权利要求1所述的一种具有嵌入式热端金属电极的热电器件，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勤勇，蔡芳共，孙薇，雷晓波，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：
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