液相焼結法を活用した微粒子分散FeSi_2系熱電材料の高性能化と実用化

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555248
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 永井 宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80029206)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井藤 幹夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00294033) ; 勝山 茂 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00224478) ; 真島 一彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60029270)
• Keywords: 熱電材料 / メカニカルアロイング / ナノコンポジット / 熱起電力 / 電気抵抗 / 熱伝導率 / 粉末冶金 / 液相焼結

Research Abstract

熱電素子材料の性能指数Zは、z=α^2/κρ(α: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、αを増大させ、κ・ρを小さくすることが必要である。
本研究では、FeSi_2系系熱電材料について、(1)電気抵抗の小さい金属相微粒子を分散させることによる、電気抵抗ρおよび熱伝導率κの低減効果、(2)セラミックス微粒子の分散による結晶粒微細化と分散粒子でのフォノン散乱の増加による熱伝導率の低減効果について検討し、さらに、その液相焼結法による緻密化および実用化について追究した。
得られた主な成果を要約すると、以下の通りである。
1) Cuを添加することによって、SiCを分散した難焼結性材料の場合でも、液相焼結により緻密化が著しく促進すると同時に、熱処理なしでβ化が促進されることが明らかとなった。
2) Cuを添加させた場合、β-FeSi_2中に金属相粒子が微細に分散し、電気抵抗をが著しく低下し、その結果、性能が飛躍的に向上した。
3) FeSi_2にSi及びCを添加して、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た。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著しく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 Mechanical Alloying and Cu Addition on Thermoelectric Properties of n-type and p-type βーFeSi2." Mater.Trans.JIM.39・4. 516-522 (1998)
• [Publications] 永井 宏: "Thermoelectric Properties of βーFeSi2 Mechanically Alloyed with Si and C." Materials Trans.JIM.39・11. 1140-1145 (1998)
• [Publications] 永井 宏: "メカニカルアロイングによる熱電変換材料の高性能化とプロセス" 金属. 68・12. 1063-1070 (1998)