一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法技术

一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，涉及方钴矿热电材料与电极的连接技术领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有针对方钴矿热电材料的焊接方法无法获得兼具高力学性能和低接触电阻接头的问题。方法：利用激光在阻隔层待焊面的表面刻蚀若干条平行的沟槽，将方钴矿热电材料与经毛化处理后的阻隔层进行一体化热压烧结，且阻隔层经毛化处理的一面朝向方钴矿热电材料；将钎料置于方钴矿热电材料与电极的待焊面之间，得到待焊工件A，对待焊工件A进行钎焊，或将方钴矿热电材料与电极的待焊面直接接触，得到待焊工件B，对待焊工件B进行扩散焊。本发明专利技术可获得一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法


[0001]本专利技术涉及方钴矿热电材料与电极的连接
，具体涉及一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法。

技术介绍

[0002]热电材料是利用Seebeck效应和Peltier效应进行热能和电能之间互相转换的一类材料，在航天、航空、汽车尾气废热回收、工业废热回收、建筑制冷和供热、微小型设备制冷和供电等领域有着很大的潜在利用价值。块状热电材料在实际应用中需要将P型热电材料与N型热电材料用电极材料连接组成热电对，然后将若干热电对组成一定功率的热电器件使用。对于热电材料和电极材料的接头，接头部位的接触电阻会显著降低热电器件的最大转换效率和输出功率，以强度为主要指标的接头力学性能，决定了热电器件能否经受服役过程中的机械冲击。
[0003]就连接方法而言，主要是利用表面平整的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极。这种方法通过阻隔热电材料与电极之间的扩散，降低界面反应层的厚度。反应层变薄意味着接触电阻降低，同时也意味着热电材料与电极之间的冶金结合变弱，接头组织自身的力学性能恶化。阻隔层与热电材料之间热膨胀系数的巨大差异导致接头存在较大残余应力，进一步恶化了接头的力学性能。因此，这种方法无法调和力学性能与接触电阻之间的矛盾，无法获得兼备高力学性能与低接触电阻的接头。目前，通过引入表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极、使接头兼备极高力学性能和较低接触电阻的研究未见报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有针对方钴矿热电材料的焊接方法无法获得兼具高力学性能和低接触电阻接头的问题，而提供一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法。
[0005]一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，按以下步骤进行：
[0006]步骤一：将方钴矿热电材料和电极的待焊面进行清洗；将阻隔层的表面进行毛化处理，毛化处理的具体步骤如下：利用激光在阻隔层待焊面的表面刻蚀若干条平行的沟槽，且相邻两个沟槽的间距为100～200μm，沟槽横截面的形状为弧形、三角形和四边形中一种或几种的组合；
[0007]所述的方钴矿热电材料的分子式为R
r
T
t
X
x
，R为碱金属、碱土金属、稀土金属和第三主族元素中的一种或多种；T为Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Os、Rh、Ir、Pt和Au元素中的一种或多种；X为P、As、Sb、Bi、Se、Te、Si、Ge、Sn、Ga和In元素中的一种或多种；0＜r≤1，t＝4，11.8≤x≤12.4；
[0008]步骤二：将方钴矿热电材料与经毛化处理后的阻隔层进行一体化热压烧结，且阻
隔层经毛化处理的一面朝向方钴矿热电材料；
[0009]步骤三：将钎料置于方钴矿热电材料与电极的待焊面之间，得到待焊工件A，对待焊工件A进行钎焊，或将方钴矿热电材料与电极的待焊面直接接触，得到待焊工件B，对待焊工件B进行扩散焊。
[0010]本专利技术的有益效果：
[0011]表面毛化的阻隔层能提升焊接接头力学性能的原因在于：毛化处理，使本专利技术所用阻隔层的表面具有一系列平行的沟槽，粉末状方钴矿热电材料在一体化热压烧结的过程中会填充到阻隔层的沟槽里，进而在界面处形成周期性交变应力场，避免了应力集中，削弱了应力对接头力学性能的恶化效果。阻隔层表面的沟槽使阻隔层与方钴矿热电材料具有更大的结合面积，也增加了裂纹沿界面方向扩展的路径，起到类似于“钉扎强化”的效果。
[0012]阻隔层能减少方钴矿热电材料与电极之间元素扩散的原因在于：本专利技术所用的阻隔层由两种元素组成，在焊接温度(550℃～650℃)下，电极与阻隔层之间仅存在有限而缓慢的互扩散反应，方钴矿热电材料与阻隔层之间，阻隔层的其中一种元素(Co或Fe)与方钴矿热电材料之间仅存在有限而缓慢的互扩散反应，另外一种低热膨胀低反应活性元素(W或Mo)与方钴矿热电材料不发生反应。低热膨胀低反应活性元素(W或Mo)的引入一方面合理调节了阻隔层的热膨胀系数，进而与方钴矿热电材料的热膨胀系数相匹配，提高了接头的力学性能，另一方面在微观上增加了方钴矿热电材料中元素向阻隔层内扩散的距离，进而显著抑制了方钴矿热电材料向电极侧的扩散。
[0013]本专利技术利用阻隔层减少方钴矿热电材料与电极之间的扩散，进而降低接头部位反应层的厚度，进而获得接触电阻较低的接头。利用本专利技术得到的接头，反应层厚度可以降到11.5μm，强度可以达到32MPa。
[0014]本专利技术可获得一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法。
附图说明
[0015]图1为实施例1中以CoMo合金作为阻隔层实现方钴矿热电材料LaFe4Sb
12
与Cu电极钎焊后焊接接头的组织图；
[0016]图2为实施例1中所获得的界面反应层的照片。
具体实施方式
[0017]具体实施方式一：本实施方式一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，按以下步骤进行：
[0018]步骤一：将方钴矿热电材料和电极的待焊面进行清洗；将阻隔层的表面进行毛化处理，毛化处理的具体步骤如下：利用激光在阻隔层待焊面的表面刻蚀若干条平行的沟槽，且相邻两个沟槽的间距为100～200μm，沟槽横截面的形状为弧形、三角形和四边形中一种或几种的组合；
[0019]所述的方钴矿热电材料的分子式为R
r
T
t
X
x
，R为碱金属、碱土金属、稀土金属和第三主族元素中的一种或多种；T为Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Os、Rh、Ir、Pt和Au元素中的一种或多种；X为P、As、Sb、Bi、Se、Te、Si、Ge、Sn、Ga和In元素中的一种或多种；0＜r≤1，t＝4，11.8≤x≤12.4；
[0020]步骤二：将方钴矿热电材料与经毛化处理后的阻隔层进行一体化热压烧结，且阻隔层经毛化处理的一面朝向方钴矿热电材料；
[0021]步骤三：将钎料置于方钴矿热电材料与电极的待焊面之间，得到待焊工件A，对待焊工件A进行钎焊，或将方钴矿热电材料与电极的待焊面直接接触，得到待焊工件B，对待焊工件B进行扩散焊。
[0022]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中的电极为金属电极或合金电极；所述的金属电极为Cu、Ni、Fe、Co或Cr，所述的合金电极为Cu基合金、Ni基合金、Fe基合金、Co基合金或Cr基合金；所述的Cu基合金为CuW或CuMo，所述的Ni基合金为NiW、NiMo或NiCr，所述的Fe基合金为FeW、FeMo、FeCr或FeCoNi，所述的Co基合金为CoW、CoMo、CoCr、CoNi或CoFe，所述的Cr基合金为CrW、CrMo、CrCoNi或CrFeNi。
[0023]其他步骤与具体实施方式一相同。
[0024]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中清洗的步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，其特征在于该连接方法按以下步骤进行：步骤一：将方钴矿热电材料和电极的待焊面进行清洗；将阻隔层的表面进行毛化处理，毛化处理的具体步骤如下：利用激光在阻隔层待焊面的表面刻蚀若干条平行的沟槽，且相邻两个沟槽的间距为100～200μm，沟槽横截面的形状为弧形、三角形和四边形中一种或几种的组合；所述的方钴矿热电材料的分子式为R
r
T
t
X
x
，R为碱金属、碱土金属、稀土金属和第三主族元素中的一种或多种；T为Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ru、Os、Rh、Ir、Pt和Au元素中的一种或多种；X为P、As、Sb、Bi、Se、Te、Si、Ge、Sn、Ga和In元素中的一种或多种；0＜r≤1，t＝4，11.8≤x≤12.4；步骤二：将方钴矿热电材料与经毛化处理后的阻隔层进行一体化热压烧结，且阻隔层经毛化处理的一面朝向方钴矿热电材料；步骤三：将钎料置于方钴矿热电材料与电极的待焊面之间，得到待焊工件A，对待焊工件A进行钎焊，或将方钴矿热电材料与电极的待焊面直接接触，得到待焊工件B，对待焊工件B进行扩散焊。2.根据权利要求1所述的一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，其特征在于步骤一中的电极为金属电极或合金电极；所述的金属电极为Cu、Ni、Fe、Co或Cr，所述的合金电极为Cu基合金、Ni基合金、Fe基合金、Co基合金或Cr基合金；所述的Cu基合金为CuW或CuMo，所述的Ni基合金为NiW、NiMo或NiCr，所述的Fe基合金为FeW、FeMo、FeCr或FeCoNi，所述的Co基合金为CoW、CoMo、CoCr、CoNi或CoFe，所述的Cr基合金为CrW、CrMo、CrCoNi或CrFeNi。3.根据权利要求1所述的一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，其特征在于步骤一中清洗的步骤如下：先利用无水乙醇进行冲洗，然后置于丙酮溶液中超声清洗5～30min，最后风干。4.根据权利要求1所述的一种利用表面毛化的阻隔层连接方钴矿热电材料和电极的方法，其特征在于步骤一中的阻隔层为CoMo合金、CoW合金、FeMo合金或FeW合金，厚度为0.02～1m...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙湛，郭俊，张丽霞，常青，马佳玮，张博，龙伟民，钟素娟，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：