Термоэлектрический материал для положительной ветви каскадного термоэлемента Советский патент 1979 года по МПК H01L35/12 

; . I.;. .

Изобретение относится к области Технической физики, преимущественно к области термоэлектричества, и может быть использовано при изготовлении материала для положительной ветви каскадного термоэлемента.

Теллурид германия известен как среднетемпературный термоэлектрический материал. Лучшие термоэлектрические свойства он имеет в области существования высокотемпературной модификацииоС-фазы при температурах выше 400°С Г.

Недостатком теллуряда германия, как термоэлектрического материала, являются низкие значения коэффициента добротности,. особенно в области существования его низкотемпературной модификации j6-фазы. Кро.ме этого, в рабочей области температур, при 375°С, теллурид германия имеет фазовый переход , что неблагоприятно влияет на стабильность электрофизических и механических свойств сплавов.

Наиболее известным термоэлектрическим материалом для средней области температур является сплав 95 мол.% GeTe, 5 мол.%

BiaTej. Сплав имеет максимальное значение коэффициента добротности ,7lOe град-i при 480°С 2. .

Недостатком этого сплава является то, что Коэффициент добротности Z резко уменьшается с понижением температуры и имеет значения ,3-10 град. при 350С и 0,9-1(1 градГ при 200°С. Применение сплава в интервале 350-200°С ограничено не только ухудшением его термоэлектрических свойств, но и довольно высокой температурой фазового перехода 325°С, которая оПр елеАа по аьомалиям на температурных завис 1мостях электросопротивления- и коэффициента термо-ЭДС. При такой тём1пГературе фазовЬго перехода в случае,

когда температура холодного спая равна 200-300°С, материал вблизи холодного спая находится в области существования ,(-фазы. В то время материал вблизи горячего спая находится в области существования J9-фaзы.

Из-за различия коэффициентов теплового расширения и электрических свойств оСи jj-фаз ухудшается стабильность механических и электрофизических свойств материала. Цель изобретения - расширение рабочего температурного интервала за счет снижения температуры фазового перехода. Поставленная цель достигается тем, что в материал введены теллурид марганца и теллурид свинца при следующем соотношении ингредиентов, мол./о: МпТе4,8-19,2 РЬТе1,2- 4,8 Теллурид германия Остальное. Добавки теллурида марганца сущесФвенно уменьшают температуру фазового перехода, а добавки теллуриЛа свинца благоприятно влияют на термоэлектрические свойства сплавов. Температура фазового перехода уменьшается от 320°С при содержании 4,8 МпТе и 1,2 мол.°/о РЬТе до 122 С при содержании 19,2 мол./о МпТе и 4,8 мол./о РЬТе в теллуриде германия. Эти температуры существенно ниже точки фазового перехода в известном сплаве. Низкие значения температур фазового перехода исключают образование «с-фазы вблизи холодного спая. Этим достигается стабильности электрофизических свойств материала, который во всем интервале температур использования находится в области существования только одной модификации jj-фазы. Кроме того, предлагаемый сплав имеет более высокие термоэлектрические свойства в интервале 350-200°С по сравнению с известным материалом. Пример. Сплавы ОеТе-МпТе-РЬТе готовили сплавлением компонентов при 1050°С в течение 5 ч в вакуумйрованных графитизированных кварцевых ампулах. Сплавы подвергали гомогенизирующему отжигу в атмосфере аргона при 500°С в течение 1100ч с последующим охлаждением воздухе. Температуру фазового перехода определяли по аномалиям на крйвьгх зависимости коэффициента теплового расширения от температуры.. Составы сплавов и температуры фазового перехода даны в таблице. В таблице наряду с температурой фазового перехода приведены значения коэффициента добротности Z предлагаемого материала и проведено сравнение с температурой фазового перехода и Z-материала прототипа.

- Максимальные значения Z имеет сплав 79, мол.% GeTe, 16,8 мол.о/о МпТ«, 4,2 мол.о/о РЬТе. ЭтбтсНлав. характеризуется такими же значениями Z, что и материал прототипа, но имеет значительно более низкую температуру фазового перехода, а именно 135°С вместо 325°С. Тем самым расширяется интервал его применения в сторону более низких температур. Значения термоэлектрической добротности сплава с 79 мол.% GeTe, данные в таблице, отражают стабильные термоэлектрические свойства полученные после многократных проходов через фазовый переход. .

Из таблицы видно, что сплавы с большим содержанием теллурида германия имеют более низкие значения коэффициента добротности, но температура фазового перехода в них ниже, чем у прототипа. Эти сплавы представляют интерес дЛя дальнейшего ле

гирования. Материал, вь1бранный в качестве прототипа, представляет собой теллурид, гер1мания, легированный электроактивной до бавкой 5 мол./о Bfe Те;,. Так как легирование электроактивньши примесями ул.учшает термоэлектрические свойства сплавов и уменьшает температуру фазового перехода, мрж но ожидать, что легирование предлагаемого сплава еще больше снизит температуру фазового перехода в них и повысит значение Z.

Формула изобретения Термоэлектрический материал для положительной ветви каскадного термоэлемента, содержащий теллурид германия, отличающийся тем, что, сцелью расширения рабочего температурного интервала за счет снижения температуры фазового перехода, в него введены теллурид марганца и теллурид свинца при следу1бщем соотношении ингредиентов (мол.%): ,. ,5 Je - 4,8-f9,2 РЬТе- l,2 4,8 CieTe - Остальное Источники информации,принятые BO внимание при экспертизе 693492 6 1. Патент США № 311629, KJi. 136 -238. опублик. 1963. 2. TherMoelectricity, Science and Engineering, Interscience puel., New-YorK, London. 1961, p. 434 (прототип).