MA法を活用した粉末冶金法による高性能熱電素子材料の開発と実用化

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555212
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 永井 宏 大阪大学, 工学部, 教授 (80029206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 勝山 茂 大阪大学, 工学部, 助手 (00224478) ; 真島 一彦 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029270)
• Keywords: 熱電材料 / β-FeSi_2 / メカニカルアロイング / 粉末冶金 / 焼結材料 / ナノコンポジット / 熱起電力 / 熱伝導率

Research Abstract

熱電素子材料の性能指数Zは、Z=Q^2/κρ(Q:熱起電力、κ:熱伝導率、ρ:電気抵抗)で表わされ、性能を向上させるためには、Qを増大させ、κ・ρを小さくすることが必要である。
本年度の研究の結果、MG法およびMA法によってNi,CuおよびCo粉末を添加した微細FeSi_2粉末を作製し、それを900℃、30min間ホットプレスすることによって、半導体相であるβ-FeSi_2相の組織を極めて微細にして熱伝導率を約20%小さくすることに成功すると同時に、β-FeSi_2相中に微細な金属相ε-FeSi粒子を分散させることによって電気抵抗を50%以上も減少させることに成功した。さらに、CuおよびCoの同時添加によって熱起電力Qを増大させることにより、N型β-FeSi_2系熱電材料の性能を大幅に向上させることに成功した。
得られた成果を要約すると、以下の通りである。
1)Cuはβ-FeSi_2相には固溶せず、ε-FeSi相にのみ固溶する。一方、Coはβ-FeSi_2相にもε-FeSi相にも固溶する。したがって、Cu添加による電気抵抗の減少は、ε-FeSi相の電気抵抗の低下およびε-FeSi相量の増大によるものと考えられる。
2)熱起電力QはCu添加によって特に低温領域において増加し、過剰に添加すると減少した。β-FeSi_2相へのCu単独添加は、β-FeSi_2相をP型にするが、Coととの同時添加した場合にはN型となる。これはCoを固溶したβ-FeSi_2相にはCuが固溶しないことによるものと考えられる。

Research Products

• [Publications] 永井 宏: "β-FeSi_2焼結体の熱電特性に及ぼすCo,Ni添加の影響" 粉体および粉末冶金. 41. 560-564 (1994)
• [Publications] 永井 宏: "β-FeSi_2の熱電特性に及ぼすMGの効果" 粉体および粉末冶金. 41. 565-569 (1994)
• [Publications] 永井 宏: "MGによるCu添加β-FeSi_2の作製と熱電特性" 粉対および粉末冶金. 42. 151-155 (1995)