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

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555212
• 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。
本年度の研究では、熱起電力Qが大きい熱電材料の開発を目的として、Zr,Nb,Tiを添加したFeSi_2を、熱伝導率の低下を目的としてSiC粉末を添加したFeSi_2を、MG法およびMA法によって作製し、それを900°C、30min間、25Mpaでホットプレスすることによって焼結体を作製して、熱電特性を測定評価した。
得られた成果を要約すると、以下の通りである。
1)MA法およびMG法の活用によって、極めて微細な組織を有するβ-FeSi_2を熱処理することなく、ホットプレスのみで作製することに成功した。
2)NbおよびTiの添加は、β-FeSi_2の熱電特性の改善に効果はないが、Zrの添加は電気抵抗を飛躍的に低下させる効果を示し、特に高温での性能向上に顕著な効果を示すことが明らかとなった。
3)FeSi_2にSiおよびCを添加して、メカニカルアロイング(MA)することによって、β-FeSi_2相中にSiC超微粒子を均一・微細に分散させることに成功し、その結果、熱起電力および電気抵抗には殆ど影響することなく熱伝導率を約50%低下させることによって、性能を大幅に向上させることができた。

Research Products

• [Publications] 永井宏: "Effects of MA on the Preparation and Thermoelectric Properties of β-FeSi_2" Materials Transaction JIM. 36. 365-372 (1995)
• [Publications] 永井宏: "MG法によるCu添加β-FeSi_2焼結体の作製と熱電特性" 粉体および粉末冶金. 42. 151-155 (1995)
• [Publications] 永井宏: "n型およびp型β-FeSi_2の熱電特性に及ぼすCu添加の影響" 粉体および粉末冶金. 42. 1323-1327 (1995)
• [Publications] 永井宏: "n型Fe_<0.98>Co_<0.02>Si_2の熱電特性に及ぼすAl添加の影響" 粉体および粉末冶金. 42. 1328-1332 (1995)