Cu添加FeSi系熱電素子材料の開発と精密鋳造法による燃焼型モジュールの試作

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650809
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山内 勇 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029189)
• Keywords: 熱電材料 / Fe-Si合金 / ゼ-ベック係数 / エネルギ変換 / 共析変態 / TTT曲線 / 急速凝固

Research Abstract

Fe_2Si_5基合金にCuを0.2at%添加した場合、Cu無添加に比べてベータ化が著しく促進されることを見いだした。通常の凝固鋳造条件ではCuは0.2at%でもα相に完全に固溶することはなく、一部はCu-Si系の相として晶出した。通常の方法で凝固した材料を800℃で60秒間熱処理すると、α相はほぼ、100%(β+Si)相へと共析変態したが、Cu無添加の場合には10^4秒の熱処理で完了し、150倍以上β化を短縮できることが明らかとなった。また、Mnを1at%ドープした場合、β化は遅れ、Cu添加の場合、800℃で約400秒で完了したが、無添加では3×10^4秒で完了し、この場合でも75倍程度早いことがわかった。また、β化の速度は熱処理温度に極めて敏感であり、CU添加の有無に関わらず、TTT曲線はC型になった。これらの変態挙動をジョンソン・メールの式で解析した。TTT曲線ではCu添加の場合でも、900℃では約10^4秒の熱処理でもβ化は起こらなかった。また、600℃の熱処理ではCuを添加した場合には約1時間でβ化が終了したがCu無添加の場合には100時間以上かかることがわかった。600℃のような低音熱処理では共析Siは極めて微細に分散し、これによるフォノン散乱効果による熱伝導率の低下が期待され、この点について今後調べる予定である。
本合金系を急速凝固させた場合には、徐冷の場合と異なり、α相単相とはならず、大過冷凝固により初晶αと(α+ε)共晶組織が形成され、β化が促進されることが分かった。

Research Products

• [Publications] I,Ymauchi, A.Suganuma, H.Okamoto, I.Ohnaka: "Effect of copper addition on the β-phase formation rate in FeSi_2 thermoelectric materials" Journal of Materials Science. 32・17. 4603-4611 (1997)
• [Publications] I.Yamauchi, H.Okamoto, H.Ohata, I.Ohnaka: "β-phase transformation and thermoelectric power in FeSi_2 and Fe_2Si_5 based alloys containing small smounts of Cu" Journal of Alloys and Compounds. 260・9. 162-171 (1997)
• [Publications] 山内 勇、大畑 創、大中 逸雄: "Fe_2Si_5-B系合金のβ化と熱起電力に及ぼすCu添加の影響" 日本金属学会誌. 61・10. 1021-1030 (1997)
• [Publications] I.Yamauchi, H.Okamoto, A.Suganuma, I.Ohnaka: "Effects of Cu addition on the β-phase formation rate in Fe_2Si_5 thermoelectric materials" Journal of Materials Science. 33・2. 385-394 (1998)