用于生产热电元件材料的烧结体的方法技术

通过下面的方法可生产一种用于具有优良热电性能和机械性能的热电元件的材料烧结体。提供一种用于热电元件的块体材料。将块体材料封闭在细长的封壳中，在对封壳抽空后，进行成型操作以减少与封壳的轴向垂直的截面，并通过成型操作获得成型的封壳。然后进行热处理以烧结在成型封壳中的密实毛坯。最后，从成型的封壳中取出所获得的烧结体。该方法最好被用于生产热电模块，其是适用帕尔铁效应的温控器件。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【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，其最好被用于制备用于热电模块的热电元件，该热电元件为利用帕尔铁(Peltier)效应的温控元件。如附图说明图12A和12B中所示，传统的热电模块100作为热电元件设置有N-型和P-型半导体元件110、120的结构，其被排布成矩阵形式，从而每个N-型半导体元件110被相隔所需的空间与P-型半导体元件120相邻设置，设置在该结构的顶面上的上部电极130被根据第一电路图形连接在相邻的半导体元件110和120之间，设置在结构的底面上的下部电极140被根据与第一电路图不同的第二图形连接在相邻的半导体元件110和120之间，将诸如被烧结的氧化铝片的陶瓷片150与上部和下部电极130和140相黏结。例如，如图12B中所示，当向热电模块100提供直流时，每个上部电极130具有从N-型半导体元件110流向P-型半导体元件120的电流，而另外一方面，每个下部电极140具有从P-型半导体元件120流向N-型半导体元件110的电流。此时，上部电极130通过陶瓷片150从周围吸收热量，而下部电极140通过陶瓷片150向周围辐射热量。因此，热电模块100象一种热泵一样进行工作，用于将热量从一侧输送到相对的另外一侧，这就是所公知的帕尔铁效应。根据此原理，可使用热电模块100作为电子元件或电路板的温控元件。可根据在日本专利早期公开[KOKAI]No．9-321357中揭示的下述方法生产热电元件110、120。即，如图13中所示，将用于热电元件的坯料在非氧化气氛中进行球磨，以获得其粉料。在将粉料装入到由诸如铝等金属材料制成的封壳中之后，对封壳进行抽空以获得用于挤压的坯段。如图14中所示，然后通过使用挤压模具70进行挤压操作以减少坯段72的直径。在图14中，标号76表示填充在封壳74中的热电元件材料。接着，进行热处理以烧结被加工的坯段的中的粉末。通过从封壳中取出所获得的烧结的料体，可获得一个热电元件材料的烧结体的细棒。在上述的方法中，由于预先对坯料进行球磨，可减少坯料中合金成分的偏析，即可减少坯料中合金成分的非均匀性。其结果，可降低热电元件在热电性能和机械性能方面的变化。另外，与从坯料直接切出热电元件的情况相比，可大大的减少热电元件发生碎裂或破碎的可能性。因此，由于通过热处理可提高热电元件的机械强度，从而可提高热电元件的产量。为此，热电模块100的热泵性能大大的依赖于热电元件110、120的热电性能。通过在坯料中使合金成分均匀分布、减少在热电元件中引入的杂质量、和／或热电元件材料的特定晶面的定向程度可提高热电性能。在上述的方法中，由于对坯料进行球磨，可使得合金成分进行均匀的分布。然而，通常在所获得的热电元件粉末材料中的杂质量会增大。因此，对提高热电性能存在一定的限制。另一方面，当所谓的热电元件材料的“C”晶面的特定晶面定向程度提高时，也可大大的提高热电性能。即，当沿晶向将直流提供到热电元件时，可获得改进的热电性能。在上述的方法中，由于对坯料进行球磨，热电元件材料的粉末在“C”晶面上随机取向。虽然通过对其中具有粉末的封壳进行挤压步骤可一定程度的提高“C”晶面的定向程度，但不足以获得优良的热电性能。本专利技术的一个主要的目的在于提供一种生产用于热电元件的材料的烧结体，该热电元件具有优良的热电性能和机械性能，其最好被用于生产使用帕尔铁效应进行温控的热电模块。也就是说，通过下述的方法产生烧结体。提供一种用于热电元件的料块。该料块具有电流通过方向，其中通过提供电流而获得热电元件的所需的热电性能。将料块封闭在细长封壳中，从而料块的电流通过方向基本上与封壳的轴向相一致。在对封壳进行抽空后，进行用于减少与封壳的轴向相垂直的截面的成型操作，以获得成型的封壳，在其中具有通过成型操作而被压碎的密实毛坯块。然后进行热处理，以烧结在成型封壳中的密实毛坯。最后，从被成型的封壳中取出被烧结的料体。在本专利技术的上述方法中，封壳最好由金属材料构成，在高于热处理的温度范围，该材料比用于热电元件的材料具有更低的线性膨胀系数。在此情况下，正如后面将详细描述的，可有效的进行热处理。在上述的本专利技术的方法中，最好逐步的进行成型操作，以获得具有所需截面的成型封壳。在此情况下，在成型操作期间最好进行退火处理。通过退火处理可有效的保证完成成型操作而不会损坏封壳。本专利技术的另外的一个目的在于提供一种生产用于热电元件的材料烧结体的方法，其中的热电元件具有优良热电性能和机械性能，其最好用于生产具有改进热泵性能的热电模块。即，通过下面的方法生产烧结体。提供通过单向固化制备的用于热电元件的坯料。坯料被封装在细长的封壳中，从而坯料的固化方向基本上与封壳的轴向一致。在对封壳抽空后，进行成型操作，以降低与封壳的轴向垂直的截面，从而获得成型的封壳，该封壳具有通过在其中进行成型操作而被粉碎的密实的坯料。然后进行热处理，以烧结在成型封壳中的密实坯料。最后，从成型的封壳中取出被烧结的料体。另外，通过下面的方法可生产烧结料体。即，制备具有轴向的预-烧结体，其中大致定向了用于热电元件的材料的特定晶面。最好通过研磨借助单向固化制备的用于热电元件的材料的坯料制备预-烧结体，以获得其粉末，并在非氧化气氛中对其进行热压。接着，将预-烧结体封装在细长的封壳中，从而预烧结体的受压方向与封壳的轴向一致。在抽空封壳后，逐步进行用于减少与封壳的轴向垂直的截面的成型操作，以获得成型的封壳，该封壳具有通过在其中进行成型操作而被碎化的密实的预烧结体的坯料。然后进行热处理以烧结处于成型封壳中的密实坯料。最后，从成型的封壳中取出被烧结体。通过下面结合相应的附图并对本专利技术的具体实施例的详细描述回对本专利技术的优点有更清楚的了解。图1为根据本专利技术的第一实施例的的流程图；图2为本专利技术的将料棒封装在细长的封壳中的步骤的透视图3为被封装在封壳中的坯料棒的截面图；在图4A和4B中，图4A为由单个料棒和隔离体构成的柱状件的透视图，而图4B为由多个料棒和隔离体构成的柱状件的透视图；图5为拉床的示意图；图6A和6B为分别用于滚压操作的一对辊子的透视图和正视图；图7A和7B为旋锻机的透视图和正视图；图8为在第一实施例中描述的第一实验结果的示意图；图9为在第一实施例中描述的第二实验结果的示意图；图10为热电元件的性能指标和热处理温度之间关系的曲线图；图11A为根据本专利技术的第二实施例的用于制备热电元件用材料的坯段的工艺的流程图；图11B为根据第二实施例的将坯段封装到封壳中的步骤的透视图；图12A和12B为传统的热电模块的透视图和截面图；图13为生产热电元件材料的烧结体的传统方法的流程图；及图14为传统方法的挤压步骤的示意图。下面参考相应的附图对本专利技术的最佳实施例进行详细描述。(第一实施例)通过下面根据本专利技术的第一实施例的方法可生产用于热电元件的烧结体，图1中示出了其流程图。《步骤10》在步骤10中，提供一个通过单向固化制备的用于热电元件的材料的坯料棒1。对于用于热电元件的材料，比如，对于N-型热电元件最好使用Bi2Te3，对于P-型热电元件使用Sb2Te3。在受控的条件下，单向固化是公知的用于固化晶体材料的技术，从而所需的晶面被定向在固化的方向上。用于热电元件的材料为脆性化合物，并具有作为解理面的所谓的“C”晶面。在本实施例中所使用的坯料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产用于热电元件材料的烧结体的方法，所述方法包含如下的步骤： 提供用于热电元件的材料的块体，所述块体具有电流通过方向，其中提供电流以获得热电元件的热电性能； 将所述块体装入到细长的封壳中，从而所述块体的电流通过方向基本上与所述封壳的轴向一致； 抽空所述封壳； 为了减少与所述封壳的轴向垂直的截面而进行成型操作以获得成型的封壳，该封壳具有通过所述成型操作碎化的所述块体的密实毛坯； 进行热处理以烧结在成型封壳中的所述密实毛坯；及 从成型的封壳中取出被烧结体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1999-6-25 180190/19991．一种生产用于热电元件材料的烧结体的方法，所述方法包含如下的步骤提供用于热电元件的材料的块体，所述块体具有电流通过方向，其中提供电流以获得热电元件的热电性能；将所述块体装入到细长的封壳中，从而所述块体的电流通过方向基本上与所述封壳的轴向一致；抽空所述封壳；为了减少与所述封壳的轴向垂直的截面而进行成型操作以获得成型的封壳，该封壳具有通过所述成型操作碎化的所述块体的密实毛坯；进行热处理以烧结在成型封壳中的所述密实毛坯；及从成型的封壳中取出被烧结体。2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述封壳由金属材料构成，其在用于热处理的温度范围内的线性膨胀系数小于用于热电元件的材料的线性膨胀系数。3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过旋锻进行所述成型操作。4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过滚压进行所述成型操作。5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过拉拔进行所述成型操作。6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于以逐步的方式进行所述成型操作以获得具有所需的截面的成型封壳。7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于在所述成型操作期间进行退火操作。8．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述块体为圆棒状，而所述封壳的结构使得可将所述块体放置于其中。9．根...

【专利技术属性】
技术研发人员：浦野洋二，镰田策雄，吉冈浩一，小林健太郎，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]