專利名稱：熱電轉(zhuǎn)換材料及熱電轉(zhuǎn)換材料的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電轉(zhuǎn)換材料及其制造方法，更具體而言，涉及比現(xiàn)有的復(fù)合氧化物系的熱電轉(zhuǎn)換材料的塞貝克系數(shù)更大、并且電阻率更低、輸出因子更大的熱電轉(zhuǎn)換材料及其制造方法。近年來，能夠?qū)崮苤苯愚D(zhuǎn)化為電能的熱電轉(zhuǎn)換元件(熱電轉(zhuǎn)換模塊)作為一項有效的廢熱利用技術(shù)而備受矚目。作為用于這種熱電轉(zhuǎn)換元件的熱電轉(zhuǎn)換材料，現(xiàn)有技術(shù)中廣為人知的是利用了塞貝克效應(yīng)的材料。而對于熱電轉(zhuǎn)換材料(熱電半導(dǎo)體)而言，由于優(yōu)選賦予溫度差時產(chǎn)生的電壓盡 可能大，因此期待塞貝克系數(shù)(a)大的材料。另外，若流過電流時的電阻(電阻率P)大，則會產(chǎn)生焦耳熱而致能量喪失，因此期待電阻率P小的材料。而熱電轉(zhuǎn)換材料的特性通過稱之為輸出因子(P.F.)的由下式(I)定義的指標(biāo)來確定。P. F. = a 2/p......(I)根據(jù)上述觀點，提出了一種熱電半導(dǎo)體元件，其使用的是含有以鍶和鈦為主成分的復(fù)合氧化物且在復(fù)合氧化物中散布有相互不接連的還原性物質(zhì)相的氧化物陶瓷半導(dǎo)體(參照專利文獻(xiàn)I、權(quán)利要求I)。予以說明，作為散布的還原性物質(zhì)相，可以舉出以鈦、鋯、鉭、鈮等為主成分的金屬相、或金屬碳化物相。進(jìn)而,該專利文獻(xiàn)I中公開了塞貝克系數(shù)(a )為120 197 i! V/K的范圍、電傳導(dǎo)率為350 1010/Q cm的范圍的熱電轉(zhuǎn)換材料(表I、表2)。在此，根據(jù)上式(I)求算專利文獻(xiàn)I的熱電轉(zhuǎn)換材料的輸出因子(P.F.)，其值為
5.8 X 10_4 (表2的序號5) 2. 3 X 10_3W/K2m (表I的序號3)，雖然在申請當(dāng)時具備了良好的特性，但目前謀求具有更大輸出因子的熱電轉(zhuǎn)換材料。另外，作為其他的熱電轉(zhuǎn)換材料，提出了一種熱電轉(zhuǎn)換材料，其為以鍶氧化物和鈦氧化物為主成分的復(fù)合氧化物，其包括稀土類元素和選自Nb、Ta、Sb、W、Si、Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的至少一種元素，且其電傳導(dǎo)率為100/Q(參照專利文獻(xiàn)2、權(quán)利要求I)。在該專利文獻(xiàn)2中公開的熱電轉(zhuǎn)換材料的塞貝克系數(shù)為-135 _330ii V/K的范圍，電傳導(dǎo)率為330 210/Q 的范圍。由該值按照上式(I)求算輸出因子(P.F.)，其值為3. 6X 10_3(專利文獻(xiàn)2的表I的No. 12) 4. 5X 10_3W/K2m (專利文獻(xiàn)2的表I的No. 3)。該輸出因子的值雖然比上述專利文件I的值大，但現(xiàn)在的事實是謀求具有更大輸出因子的熱電轉(zhuǎn)換材料。專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平5-129667號公報
專利文獻(xiàn)I :日本特開平8-236818號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題本發(fā)明即為解決上述問題的發(fā)明，其目的在于提供一種塞貝克系數(shù)大、且電阻(電阻率P)小、輸出因子大的熱電轉(zhuǎn)換材料及其制造方法。解決技術(shù)問題的手段
為了解決上述問題，本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料的特征在于，以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10 30重量％的范圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料。本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料中，優(yōu)選上述氧化物材料為SrTiO3系的氧化物材料。另外，本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料的制造方法的特征在于，具有準(zhǔn)備31'1103系的氧化物粉末的工序；準(zhǔn)備Ni金屬粉末的工序；將上述SrTiO3系的氧化物粉末與上述Ni金屬粉末混合、粉碎，制作混合物的工序；將上述混合物成型而制作成型體的工序；以及對上述成型體進(jìn)行燒成的工序。發(fā)明效果由于本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10 30重量％的范圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料，因此可使塞貝克系數(shù)增大，且使電阻(電阻率)降低，從而可得到輸出因子大的熱電轉(zhuǎn)換材料。另外，本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料中，通過使用SrTiO3系的氧化物材料作為含有Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料，可以更加確實地得到塞貝克系數(shù)大、且電阻率低、輸出因子大的熱電轉(zhuǎn)換材料。予以說明，使用31'1103系的氧化物材料(SrTiO3系材料)作為氧化物材料時，通常優(yōu)選使用在I 6mol%的范圍內(nèi)利用稀土類的La、Ce、Dy、Er等置換了 Sr的材料。由此可更加確實地得到特性良好的熱電轉(zhuǎn)換材料。另外，由于本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料的制造方法包括準(zhǔn)備SrTiO3系的氧化物粉末的工序；準(zhǔn)備Ni金屬粉末的工序；將SrTiO3系的氧化物粉末與Ni金屬粉末混合、粉碎，制作混合物的工序；將混合物成型而制作成型體的工序；以及對成型體進(jìn)行燒成的工序；因此，可有效地制造塞貝克系數(shù)大、且電阻率低、輸出因子大的熱電轉(zhuǎn)換材料。


圖I是表示本發(fā)明的實施例的試料和比較用的試料的電阻率與溫度之間的關(guān)系的圖。圖2是表示本發(fā)明的實施例的試料和比較用的試料的塞貝克系數(shù)與溫度之間的關(guān)系的圖。圖3是表示本發(fā)明的實施例的試料和比較用的試料的輸出因子與溫度之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式以下例示本發(fā)明的實施例，更加詳細(xì)地說明本發(fā)明的特征。
實施例I[I]不含Ni系金屬材料的氧化物材料的制作以及特性的評價(a)氧化物材料的制作作為氧化物材料，按照以下的方法制作SrTiO3系的氧化物材料。首先，作為SrTiO3系的氧化物材料的起始原料，準(zhǔn)備SrCO3、TiO2、La2O3、CeO2、Dy2O3以及Er2O3的各粉末。進(jìn)而，按照表I的組成稱量上述的起始原料粉末。接下來，將各起始原料粉末與作為溶劑的純水配合，并利用球磨機進(jìn)行16小時的混合，得到漿料。接著，使得到的漿料干燥，然后在大氣中、1300°C的條件下進(jìn)行煅燒。接下來，以乙醇為溶劑，使用球磨機將得到的煅燒粉末粉碎、混合4個小時。接著， 在進(jìn)行了粉碎、混合而得到的漿料中添加粘合劑、分散劑等有機成分并混合后，利用刮刀法成型為片狀。將制作的片材切割成規(guī)定的形狀，進(jìn)行層疊以得到規(guī)定的厚度。接下來，用等靜壓法(isostatic press method)以200MPa的壓力對層疊體進(jìn)行壓接,得到成型體。將得到的成型體在450°C下脫脂，然后在1200 1400°C下進(jìn)行燒成，由此得到燒成體。(b)特性的評價該燒成體為不含有Ni系金屬材料的氧化物材料的燒成體，其不是具有本發(fā)明要件的熱電轉(zhuǎn)換材料，而只是其構(gòu)成成分，為了與本發(fā)明的熱電轉(zhuǎn)換材料的特性相比較，按照以下說明的方法對其特性進(jìn)行評價。首先，對通過上述方式制作的燒結(jié)體進(jìn)行切割，制作縱5mm、橫5mm、厚IOmm尺寸的熱電特性評價用試料。接下來，對于該試料，通過直流4端子法測定190 450°C的溫度范圍內(nèi)的電阻率。另外，同樣測定190 450°C的溫度范圍內(nèi)的塞貝克系數(shù)。予以說明，該實施例中，塞貝克系數(shù)通過在190 450°C的溫度范圍內(nèi)，對試料的兩端設(shè)定5°C的溫度差，測定其電動勢，并利用該值進(jìn)行計算而求得。另外，根據(jù)求得的塞貝克系數(shù)、以及電阻率而算出輸出因子P。將250°C下的電阻率、塞貝克系數(shù)、輸出因子示于表I。
權(quán)利要求
1.一種熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10 30重量％的范圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于，所述氧化物材料為SrTiO3系的氧化物材料。
3.一種熱電轉(zhuǎn)換材料的制造方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備SrTiO3系的氧化物粉末的工序；準(zhǔn)備Ni金屬粉末的工序；將所述SrTiO3系的氧化物粉末與所述Ni金屬粉末混合、粉碎，制作混合物的工序；將所述混合物成型，制作成型體的工序；以及對所述成型體進(jìn)行燒成的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種塞貝克系數(shù)大、電阻率低、輸出因子大的n型熱電轉(zhuǎn)換材料及其制造方法。所述熱電轉(zhuǎn)換材料的組成為以主成分為Ni的金屬材料作為主成分，且以10～30重量％的范圍含有含Sr、Ti及稀土類元素的氧化物材料。將上述氧化物材料設(shè)為SrTiO3系氧化物材料。在制造熱電轉(zhuǎn)換材料時，可將SrTiO3系氧化物粉末和Ni金屬粉末進(jìn)行混合、粉碎，制作混合物，將該混合物成型而制作成型體，然后經(jīng)過對成型體進(jìn)行燒成的工序而得到熱電轉(zhuǎn)換材料。
文檔編號C04B35/46GK102763233SQ201180010208
公開日2012年10月31日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者林幸子, 舟橋修一 申請人:株式會社村田制作所