JPH0374885A - Ｐ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料 - Google Patents

Ｐ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料

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JPH0374885A
JPH0374885A JP1210273A JP21027389A JPH0374885A JP H0374885 A JPH0374885 A JP H0374885A JP 1210273 A JP1210273 A JP 1210273A JP 21027389 A JP21027389 A JP 21027389A JP H0374885 A JPH0374885 A JP H0374885A
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JP
Japan
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thermoelectric conversion
silicide
conversion material
type
thermoelectric
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JP1210273A
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English (en)
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Masashi Komabayashi
正士 駒林
Kenichi Hijikata
土方　研一
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/8556—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing germanium or silicon

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換
する熱電発電、電流を通ずるだけで冷却や加熱の可能な
熱電冷却、その他各種のセンサーなどの熱電変換素子に
用いられるＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
一般に、Ｐ型熱電変換材料としてＦｅ珪化物（以下、Ｆ
ｅＳ　Ｌ　　と記す）　、Ｆ　ｅ　Ｓ　ｔ　２のＦｅの
一部をＭｎで置換しＳｌの一部をＡｌで置換した熱電変
換材料（特開昭８０−４３１１８１号公報参照）、Ｆｅ
Ｓｉ２の一部を金属相とした熱電変換材料などが知られ
ている。これらＰ型熱電変換材料は、一般に、大きな熱
起電力あるいは冷却効果を得るために、ゼーベック係数
Ｓ（μＶ／”Ｃ）の値が大きく、またジュール熱の発生
が少なくなるように比抵抗ρが小さく、しかも温度差を
つけやすくするために熱伝導率Ｋが小さいことが必要で
ある。
かかる条件をみたすＰ型熱電変換材料を熱発電素子とし
て用いた場合に、その熱発電素子の最大出力は、一般に
、 但し、Ｓ：ゼーベック係数 ρ：熱発電素子の比抵抗 この出力因子が大きいほど最大出力Ｐ　　が太きＩａＸ くなることが知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記ＦｅＳｉ２は、ゼーベック係数Ｓが高いが、比抵抗
ρが数Ω・０と高いために熱発電素子として用いても最
大出力Ｐ　　が低く、上記ＦｅＳｉ２の一ａＸ 部を金属相とした熱電変換材料は、比抵抗ρは低いがゼ
ーベック係数Ｓも数μＶ／”Ｃ程度に低下してしまうた
め、材料全体として熱電変換に関する特性を向上させる
ことができず、さらに上記Ｆ　ｅ　Ｓ　ｌ　２のＦｅの
一部をＭｎで置換しｓｉの一部をＡｌｌで置換した熱電
変換材料は、ゼーベック係数Ｓ　：　１５０〜３５０ｕ
　Ｖ／’Ｃ１比抵抗ρ：５〜ｌＯｍΩ・（１）であり、
優れたＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料であるが比抵抗が比
較的大きいために、出力因子Ｓ２／ρが小さくなり、熱
発電素子として用いた場合に十分な最大出力が得られな
いなどの問題点があった。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、さらに優れた最大出力を示すＰ
型Ｆｅ珪化物熱電変換材料を得るべく研究を行った結果
、 Ｆ　ｅ　Ｓ　Ｌ　２のＦｅの一部をＣｒおよび■のうち
１種または２種（以下、ＣｒおよびＶのうち１種または
２種をＭと記す）で置換するか、または上記ｐ　ｅ　Ｓ
　ｔ　２のＦｅの一部をＭとマンガン（Ｍｎ）で同時に
置換して得られたＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料は、いず
れの上記従来のＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料よりも優れ
た最大出力を有するという知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、 Ｆ　ｅ　Ｓ　ｌ　２のＦｅの一部をＭまたはＭ＋Ｍｎで
置換したＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料に特徴を有するも
のである。
上記ＦｅＳｉ２のＦｅの一部をＭで置換したＦｅ珪化物
はＦｅ１−ｘＭＸＳｉ２と表示することができるが、こ
の発明のＦｅ珪化物におけるＦｅの置換量はＸで表わす
ことができ、この置換量Ｘは０．０１〜０．１の範囲内
にあることが好ましい。
また、上記Ｆ　ｅ　Ｓ　ｉ２のＦｅの一部をＭとＭｎで
同時に置換することも可能である。その場合のＦｅ珪化
物はＦｅ　　　（Ｍ＋Ｍｎ）ＸＳｔ２と表−ｘ 示することかでき、Ｘは０．０ｉ〜０．１の範囲内にな
るように置換することが好ましい。
上記Ｘが０．０１未満であると十分な最大出力が得られ
ず、一方、Ｘが０．１を越えて置換するとゼーベック係
数Ｓが低下してしまうため、いずれの場合も熱電変換特
性が低下してしまうので好ましくない。したがって、０
．０１≦Ｘ≦０．１と定めた。
この発明のＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料の製造方法は、
従来知られている方法で十分である。
すなわち、粉末冶金法によってＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換
材料のバルク材を得るためには、所定の組成となるよう
に原料のＦｅ、Ｓｔおよび添加物ＭおよびＭｎを秤量し
た後、溶解し、さらに粉砕を行った後、成形焼結あるい
はホットプレスによって焼結体を作製し、上記バルク材
を得ることができる。
また、薄膜として利用したい場合には、所定の組成の薄
膜が得られるようなターゲツト材を用い、マグネトロン
スパッタリング法によって非晶質な薄膜を得たのち、温
度：５５０〜６５０℃でアニールし、Ｆｅ珪化物薄膜を
得ることができる。このようにして得られたＦｅ珪化物
は、いずれも室温においてゼーベック係数が：　＋４０
０μｖ／℃、比抵抗がｚ２ｍΩ・０を示し、Ｍｎおよび
ＡＩ置換の場合と比較してゼーベック係数は約１．５倍
、比抵抗は約１７３倍となり、大きな出力因子を有する
ために最大出力Ｐ　　が向上し、熱電変換材料とａＸ しての特性は大幅に向上する。
〔実　施　例〕
つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明す
る。
実施例　１ 溶解原料として鉄、シリコン、クロム、バナジウムおよ
びマンガンを用意し、これら溶解原料を秤量して各種の
配合組成となるように配合し、これら配合された溶解原
料をアルミナルツボに投入し、真空中、温度：　１２５
０℃で溶解して成分組成の異なる各種のインゴットを作
製した。これら各種のインゴットをショークラッシャー
で粗粉砕した後、鉄製ボールミルを用いて８時間微粉砕
を行い、平均粒径：４−の粉末とし、これら粉末を温度
：　１０００℃、圧カニ　１５０　ｋｇ／ｃ−でホット
プレスし、第１表に示される成分比を有する本発明焼結
体１〜９、比較焼結体１〜４および従来焼結体を作製し
た。これら焼結体の室温における比抵抗ρ（ｍΩ・ｃＩ
ｌｌ）およびゼーベック係数Ｓ（μＶ／”Ｃ）を測定し
、その測寓値から出力因子Ｓ２／ρを計算し、それらの
結果を第１表に示した。
実施例　２ 実施例１で得られた成分組成の異なる各種粉末を用いて
、実施例１で焼結体を作製した条件と全く同一条件でホ
ットプレスすることにより、第２表に示される成分比を
有し直径：　１２５ｍｍ５厚さ８５ｍｍの円板状ターゲ
ットを作製した（この円板状ターゲットの成分比は、実
施例１で作製した焼結体の成分比と全く同一である）。
これら円板状ターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパ
ッタにより、ガラス基板上に厚さ：１，２−の非晶質薄
膜を形成し、これら非晶質薄膜をＡｒガス雰囲気中、温
度二６５０℃、３０分間保持の熱処理を施し、結晶化さ
せることにより本発明結晶化薄膜ｌＯ〜１８、比較結晶
化薄膜５〜８および従来結晶化薄膜を得た。これら結晶
化薄膜の成分比をＸ線マイクロアナライザーにより分析
し、その結果を第２表に示すとともに上記成分比を有す
る結晶化薄膜の非抵抗ρ（ｍΩ・ｃｍ）およびゼーベッ
ク係数Ｓ（μＶ／”Ｃ）を測定し、その測定値から出力
因子Ｓ２／ρを計算し、それらの結果を第２表に示した
。
第１表および第２表の結果から、Ｆｅ珪化物のＦｅの一
部をＭまたはＭ＋Ｍｎで置換した本発明焼結体１〜９お
よび本発明結晶化薄膜１０〜１８の出力因子（Ｓ２／ρ
）は、いずれも従来焼結体および従来結晶化薄膜よりも
大きな値を示すところから、上記本発明焼結体１〜９お
よび本発明結晶化薄膜１０〜１８を熱発電素子として用
いた場合に従来よりも優れた最大出力を示すことがわか
る。
しかしながら、上記焼結体および結晶 化薄膜の成分比をＦ　ｅ　１□Ｍｘ　Ｓ　ｌ　２または
Ｆ　ｅ　　　（Ｍ＋Ｍｎ）ｘ　Ｓ　ｉ　２で表わすと、
Ｘがこ−Ｘ の発明の条件をみたす０．０１〜０．１の範囲内にある
ときは出力因子（Ｓ２／ρ）は大きな値を示すが、上記
Ｘが０．Ｏｌ〜０．１の範囲から外れる比較焼結体１〜
４および比較結晶化薄膜５〜８（第１表および第２表に
おいて、上記Ｘが０．０１〜０．１の範囲を外れた値に
※印を付して示した）の出力因子は大幅に低下し、これ
らを熱発電素子として用いても十分な最大出力が得られ
ないことがわかる。
〔発明の効果〕
この発明のＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料は、従来のＭｎ
およびＡＮＮ置換梨型Ｆｅ珪化物熱電変換材料比べて出
力因子（Ｓ２／ρ）が大であるところから、この発明の
Ｐ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料を熱発電素子として用いる
ことにより、発電産業上すぐれた効果を奏するものであ
る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｆｅ珪化物のＦｅの一部をＣｒおよびＶのうち１
    種または２種（以下、ＣｒおよびＶのうち１種または２
    種をＭと記す）で置換したことを特徴とするＰ型Ｆｅ珪
    化物熱電変換材料。
  2. （２）上記Ｆｅ珪化物のＦｅの一部をＭで置換したＰ型
    Ｆｅ珪化物熱電変換材料をＦｅ＿１＿−＿ｘＭ＿ｘＳｉ
    ＿２と表示すると、上記ｘは０．０１〜０．１であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換
    材料。
  3. （３）Ｆｅ珪化物のＦｅの一部を、ＣｒおよびＶのうち
    １種または２種とＭｎ（以下、Ｍ＋Ｍｎと記す）で置換
    したことを特徴とするＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料。
  4. （４）上記Ｆｅ珪化物のＦｅの一部を、Ｍ＋Ｍｎで置換
    したＰ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料を Ｆｅ＿１＿−＿ｘ（Ｍ＋Ｍｎ）＿ｘＳｉ＿２と表示する
    と、上記ｘは０．０１〜０．１であることを特徴とする
    Ｐ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料。
JP1210273A 1989-08-15 1989-08-15 Ｐ型Ｆｅ珪化物熱電変換材料 Pending JPH0374885A (ja)

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