2022 Fiscal Year Annual Research Report
Nanostructure creation of Fe2VAl based alloy by introduction of nitride interface for thermoelectric application
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20K05100
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡邊 厚介 九州工業大学, 環境エネルギー融合研究センター, 特任助教 (40617007)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ホイスラー合金 / 熱電変換材料 / ナノ複合化 / 窒化処理 / メカニカルグラインディング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
安価で豊富な元素から構成されるホイスラー型Fe2VAl系合金の結晶粒表面近傍に原子の拡散防止膜として窒化物を導入し、加熱による粒成長の抑制と異相界面導入による熱伝導率の低減を同時に達成することを目的とした。
まず、Fe2V1+xAl1-xの結晶粒近傍に拡散防止層としてAlN界面を導入する方法論を確立した。これはFe2V1+xAl1-x+y粉体を所定の条件で窒化処理することによってFe2V1+xAl1-x/AlN複合粒子へと変え、これらを焼結することによって得られた。
次に、Fe2V1+xAl1-x+y粉体の粒径を低減させるために、メカニカルグラインディング法（MG）による微細化を実施した。MG後の粉体を用いた焼結体中のFe2V1+xAl1-xの結晶粒サイズは数10μmオーダーから10μm以下と低減することができ、熱伝導率は5%程度低減したものの、母相の組成が変化し電気的特性が大きく低下した。MG法のみではFe2V1+xAl1-xの延性が原因でサブミクロンオーダーまで粉砕することは困難であることも確認された。
そのため、最終年度は延性の抑制が可能なクライオミリング（CM）を用いてFe2V1+xAl1-x+y粉末を粉砕したところ、10μm程度から5μm以下まで粉砕することに成功した。また、これを用いた焼結体では、AlN相の存在によってこの微細化した組織を維持しており、AlNが原子の拡散防止層として機能していることが確認され、熱伝導率は30%以上の低減に成功した。
当初の目的に対して、粒成長の抑制と異相界面導入による熱伝導率の低減の同時達成は満たした。一方で、粉砕および窒化処理過程における組成のズレを制御し、電気的特性の改善が今後の課題となる。
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