けい化物熱電素子の応用

1985 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 60850008
• Research Institution: SALESIAN POLYTECHNIC
• Principal Investigator: 小島 勉 育英工業高専, その他, 助教授 (20072168)
• Keywords: 熱電半導体 / 熱発電 / 熱起電力 / けい化鉄 / 耐熱性 / けい化物 / 焼結体 / 共晶合金 / 熱処理

Research Abstract

けい化物熱電半導体は耐熱性に優れているため、高温用熱電材料として注目されている。中でもFe【Si_2】は不純物添加によってP形にもn形にもできることから、特に実用性の高い材料として期待されている。しかしながらFe【Si_2】熱発電素子の実用化に関する系統的な研究や製造技術に関する詳細な研究は現在まで余りなされていない。
この研究はFe【Si_2】を熱発電素子として実用化するために行われており、今年度はこの材料の製造法および熱電特性に関する基礎データを得るために実施された。
【Fe_(1-x)】Mnx【Si_2】および【Fe_(1-y)】Coy【Si_2】で示される組成の試料が工業用純度(純度98%以上)のFe,Mn,CoおよびSiを原料として高周波溶解で作られた。さらに実用性を考慮し、焼結体試料がセラミック技術を駆使して、冷間プレス法で作られた。焼結したままの試料は金属であるため、熱処理を施し、半導体相にした。準備された試料は【Fe_(1-x)】Mnx【Si_2】(x=0.00〜0.14)および【Fe_(1-y)】Coy【Si_2】(y=0.00〜0.09)である。これらの試料で製造条件、試料の組成および熱電時性(熱起電力、平均比抵抗抗)が調べられ下記の結果が得られた。
1.製造条件は(1)焼結温度-1150K,(2)熱処理条件-1073Kで100時間が適当である。
2.試料はX線回折で同定され、格子定数の計算結果から、x=0.00〜0.14,y=0.00〜0.09の範囲で固溶していることが確認された。
3.温度差800Kで熱起電力および平均比抵抗を測定した結果、(1)【Fe_(1-x)】Mnx【Si_2】はx≒0.08で【Fe_(1-y)】Coy【Si_2】はy≒0.01で熱起電力が最大となり、(2)平均比抵抗はx,yの増加に伴って減少することが明らかになった。又、(3)取り出せる電力は計算結果から、【Fe_(0.91)】【Mn_(0.09)】【Si_2】および【Fe_(0.96)】【Co_(0.06)】【Si_2】において最大であった。