【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热电材料及器件，具体涉及一种半霍斯勒热电器件及其界面连接方法。
技术介绍
1、热电器件具有无污染、无噪声、免维护等优点。对于工业余废热回收利用来说，半霍斯勒热电材料具有相应温区下良好的热电性能，且拥有优异的机械性能和热稳定性，其被报道在系列热电材料中拥有最好的硬度和弹性模量和热循环后良好的热电性能再现性，因此成为中高温区热电器件制作的有潜力的候选材料。
2、热电器件由多个π型热电对串联组成，其基本组成单元π型热电对包括一对平行排列的n型和p型热电臂以及高温端和低温端的电极，由于中高温区热电器件工作的严苛条件(高温、大温差、电流通过)，器件不可避免地暴露在各种机械和热应力中。而电极与热电臂的界面处是整个器件连接最薄弱但承受应力最大的位置。因此在热电器件的制作过程中，高温端电极与热电臂界面的可靠连接一直是该技术研究的核心技术和关键难点，直接关系到器件的使用工况和实际寿命。
3、以往半霍斯勒器件的界面连接方法通常是采用银基钎焊焊料对热电臂和电极进行直接焊接，这样就导致整个器件的工作温度被限制在焊料熔点(800摄氏度)以下，不能适应特殊工况的要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种半霍斯勒热电器件及其界面连接方法，使得器件能够耐受住900摄氏度的高温，远高于现有的半霍斯勒器件的最高使用温度(<800摄氏度)。工作温度的提升一方面可以使得半霍斯勒热电材料更好地发挥其在高温区的优异热电性能，另一方面也丰富了器件的使用场景，将其应用范围扩
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下方案：
3、半霍斯勒热电器件包括，
4、第一覆铜层，
5、第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层，其层叠于所述第一覆铜层上，
6、第二覆铜层，其层叠于所述第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层上，
7、第一焊料层，其层叠于第二覆铜层上，
8、第一镍箔，其层叠于所述第一焊料层，
9、第一银箔，其层叠于所述第一镍箔，
10、第一半霍斯勒热电臂，其一端支承于所述第一银箔上，
11、第二银箔，其层叠于所述第一半霍斯勒热电臂的另一端，
12、第三覆铜层，其间隔且平行所述第一覆铜层，
13、第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层，其层叠于所述第三覆铜层上，
14、第四覆铜层，其层叠于所述第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层上，
15、第二焊料层，其层叠于第四覆铜层上，
16、第二镍箔，其层叠于所述第二焊料层上，
17、第三银箔，其层叠于所述第二镍箔，
18、第二半霍斯勒热电臂，其一端支承于所述第三银箔上，
19、第四银箔，其层叠于所述第二半霍斯勒热电臂的另一端，
20、第三镍箔，其层叠于所述第二银箔和第四银箔上，
21、第三焊料层，其层叠于所述第三镍箔上，
22、第五覆铜层，其层叠于所述第三焊料层上，
23、第三氮化铝陶瓷板导热绝缘层，其层叠于所述第五覆铜层上，
24、第六覆铜层，其层叠于所述第三氮化铝陶瓷板导热绝缘层上。
25、所述的半霍斯勒热电器件中，所述第一覆铜层、第二覆铜层、第三覆铜层、第四覆铜层、第五覆铜层和第六覆铜层的厚度均为0.3mm。
26、所述的半霍斯勒热电器件中，第一银箔、第二银箔、第三银箔和第四银箔的厚度均为2mm。
27、所述的半霍斯勒热电器件中，第一镍箔、第二镍箔和第三镍箔的厚度均为1mm。
28、所述的半霍斯勒热电器件中，第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层、第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层和第三氮化铝陶瓷板导热绝缘层的厚度均为0.635mm。
29、所述的半霍斯勒热电器件中，第一焊料层、第二焊料层和第三焊料层均为cu57znmnco焊料。
30、所述的半霍斯勒热电器件中，第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层间隔且平行所述第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层，第四覆铜层间隔且平行第二覆铜层，第二焊料层间隔且平行第一焊料层，第二镍箔间隔且平行第一镍箔，第二半霍斯勒热电臂间隔且平行第一半霍斯勒热电臂，第三银箔间隔且平行第一银箔，第四银箔间隔且平行第二银箔。
31、所述的半霍斯勒热电器件中，半霍斯勒热电器件为对称结构。
32、所述半霍斯勒热电器件的界面连接方法包括以下步骤，
33、将镍箔、覆铜陶瓷板从上到下依次放置在一起，中间涂抹cu57znmnco焊膏，上下采用四角打孔石墨板和螺钉固定，在刚玉管式炉中进行真空钎焊得到焊接镍箔覆铜陶瓷板，钎焊温度为1020摄氏度，保温时间为20分钟，其中，覆铜陶瓷板包括氮化铝陶瓷板导热绝缘层及其两侧的覆铜层，
34、所述镍箔覆铜陶瓷板进行金刚石切割形成电极，
35、将电极、银箔、热电臂、银箔、电极从上到下依次放置，上下采用四角打孔石墨板和螺钉固定，在刚玉管式炉中进行真空钎焊，钎焊温度为1020摄氏度，保温时间为20分钟，得到焊接好的半霍斯勒热电器件。
36、所述的界面连接方法中，热电臂的制作流程为：
37、按照化学计量比称量元素hf、zr、co、ni、sn、sb用于制备hf0.5zr0.5cosb0.8sn0.2的p型热电臂和hf0.75zr0.25nisn0.99sb0.01的n型热电臂的原料；
38、将称量好的原料在氩气气氛下进行电弧熔炼合成铸锭，翻转重复三次以上以确保合金均匀性；
39、合成铸锭在玛瑙研钵中手工研磨，随后粉末通过200目筛过滤并填充直径为15mm的石墨模具，通过火花等离子体烧结再次固结为样品，其中p型热电臂的火花等离子体烧结在压力为50mpa，温度为1200℃保温5min，升温速度为600℃以下100℃/min，随后为50℃/min；n型热电臂的火花等离子体烧结在1100℃保温10min，升温速度为600℃以下100℃/min，随后为50℃/min；
40、样品金刚石线切割为3×3×6mm尺寸的长方体型热电臂，并用无水乙醇进行超声清洗。
41、在上述技术方案中，本专利技术提供的一种半霍斯勒热电器件及其界面连接方法具有以下性能特点：界面连接具有较好的结合强度；不引入过高的接触电阻和接触热阻；通过界面层材料和厚度的选择避免产生较大的热应力威胁器件寿命；避免了界面处电极和热电臂元素的严重扩散；通过选择界面层种类使器件最高使用温度提升到900摄氏度，扩大其应用范围。
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1.一种半霍斯勒热电器件，其特征在于，其包括，
2.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，优选的，所述第一覆铜层、第二覆铜层、第三覆铜层、第四覆铜层、第五覆铜层和第六覆铜层的厚度均为0.3mm。
3.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一银箔、第二银箔、第三银箔和第四银箔的厚度均为2mm。
4.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一镍箔、第二镍箔和第三镍箔的厚度均为1mm。
5.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层、第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层和第三氮化铝陶瓷板导热绝缘层的厚度均为0.635mm。
6.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一焊料层、第二焊料层和第三焊料层均为Cu57ZnMnCo焊料。
7.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层间隔且平行所述第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层，第四覆铜层间隔且平行第二覆铜层，第二焊料层间隔且平行第一焊料层，第二镍箔间隔且平行第一镍箔，第
8.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，半霍斯勒热电器件为对称结构。
9.一种权利要求1-8中任一项所述半霍斯勒热电器件的界面连接方法，其特征在于，其包括以下步骤，
...【技术特征摘要】
1.一种半霍斯勒热电器件，其特征在于，其包括，
2.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，优选的，所述第一覆铜层、第二覆铜层、第三覆铜层、第四覆铜层、第五覆铜层和第六覆铜层的厚度均为0.3mm。
3.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一银箔、第二银箔、第三银箔和第四银箔的厚度均为2mm。
4.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一镍箔、第二镍箔和第三镍箔的厚度均为1mm。
5.根据权利要求1所述的半霍斯勒热电器件，其特征在于，第一氮化铝陶瓷板导热绝缘层、第二氮化铝陶瓷板导热绝缘层和第三氮化铝陶瓷板导热绝缘层的厚度均为0.635mm。
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴翊，荣命哲，何海龙，张雨谦，纽春萍，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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