2017 Fiscal Year Research-status Report
結晶粒微細化と結晶配向の両立を可能とする新規通電焼結法による高性能熱電材料の開発
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17K06861
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
北川 裕之 島根大学, 総合理工学研究科, 准教授 (00325044)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 結晶・組織制御 / 粉末冶金 / 焼結 / 熱電材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，周期的圧力下でのパルス通電焼結法(PCS)により，微細結晶粒と高い結晶配向を有するBi2Te3系熱電材料の作製を試みる。平成29年度は，典型的なp型熱電材料であるBi0.4Sb1.6Te3を対象として，周期的圧力下でのPCSにおける焼結保持時間に着目して検討した。
メカニカルアロイング法によって得られたBi0.4Sb1.6Te3粉末に100 MPaの周期的一軸圧力を印加し400 ℃で0～60 min焼結し，通常の一定圧力下でのPCSで得られた焼結体と組織，熱電特性を比較した。その結果，周期的圧力下でのPCSでは，焼結保持時間増加とともに結晶粒サイズが大きくなり，結晶配向が強くなることを確認した。一方，通常の一定圧力下でのPCSにおいては，結晶配向および結晶粒サイズは焼結保持時間に対してほとんど変化は認められなかった。以上のことより，焼結保持時間による組織の大きな変化は周期的圧力下でのPCS特有のものと言える。
熱電物性は組織に対応した変化を示した。特に異方性が大きい電気抵抗率は，焼結保持時間0～60 minに対して，15～8 μΩmと大きく減少する傾向にあった。焼結保持時間が短い場合はランダムな微細結晶粒に由来して，高電気抵抗率，低熱伝導率という通常のPCS焼結体の物性に近い材料が得られ，焼結保持時間が長くなると結晶配向が進み，低電気抵抗率を示す単結晶に近い物性が得られた。このように，周期的圧力下でのPCSにおいては，焼結保持時間が組織および熱電物性の制御に極めて重要な役割を果たすことが明らかになった。一部，焼結温度を変化させた場合の実験も進めており，焼結温度350℃～425℃の範囲で組織が大きく異なることも確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
周期的圧力下でのパルス通電焼結法における焼結保持時間の影響をp型Bi0.4Sb1.6Te3について明らかにし、焼結温度の影響についても着手した。周期的圧力下PCSにおけるプロセスパラメータの効果が明らかになってきており、研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画から大きな変更はなく，H30年度は焼結温度の影響を明らかにし，焼結圧力の影響にも着手する。また，n型材料についてもp型と同様のアプローチを行い，熱電性能の高性能化を目指す。
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