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

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555248
• 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

熱電材料を実用化するには、1)熱電材料の性能を向上させること、2)熱電素子の製造プロセスを低廉化することが必要である。熱電材料の性能Zは、Z=α^2/ρκ(α:熱起電力、ρ:電気抵抗、κ:熱伝導率)で表され、高性能化するには、αを増大させ、ρおよびκを低下させることが必要である。筆者らのこれまでの研究により、ρの小さい金属微粒子、特にCu添加によってρの低減により性能が向上することを見出している。また、セラミックス相微粒子、特にSiCの分散によってκの低減によって性能が飛躍的に向上することを見出している。また、FeSi_2系熱電材料は焼結法によって製作されるが、焼結が困難であり、また極めて長時間の熱処理が必要である。
本研究では、性能の向上と製造プロセスの低廉化を目的として、FeSi_2にSi,CおよびCuを添加してCu融液による液相焼結によってFeSi_2-SiC-Cu系熱電材料の作製プロセスの検討および特性評価を行った。
1)Cu添加による液相焼結によって、焼結速度およびβ相化速度が飛躍的に増大した。
2)MA法と液相焼結法の併用により、高密度FeSi_2-SiC-Cu系熱電材料の作製に成功した。
3)得られたFeSi_2-SiC-Cu系熱電材料の性能Zは、無添加FeSi_2の約4倍まで向上した。

Research Products

• [Publications] 永井宏: "Effect of Si/C Ratio on Thermoelectric Properties of β-FeSi_2 Mechanically Alloyed with (Si+C) Additions."Mater.Trans.JIM. 41-2. 287-292 (2000)
• [Publications] 井藤幹夫: "Effect of Al and Cu Addition on Pressureless Sintering Behavior and Phase Transformation of β-FeSi_2"Mater.Trans.JIM. 41-7. 857-864 (2000)