微粒子複合添加による高性能熱電変換材料の開発と改善機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12305049
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 永井 宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80029206)
• 研究分担者: 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)
• キーワード: 熱電変換材料 / メカニカルアロイング / 液相焼結 / ゼーベック係数 / 比抵抗 / 熱伝導率 / 粉末治金 / 微粒子分散

研究概要

本年度では,まず,前年度の結果を踏まえ,β・FeSi_2系熱電変換材料において著しい性能向上が得られたSiC+Cu同時添加材について,試料作製プロセスの改善を試みた.前年度では,これらの材料は加圧焼結であるホットプレス法により作製されたが,将来実用化を考慮した場合,ホットプレス用による製造プロセスではコストが高くなることが間題となる.したがって,このホットプレス材と同等の性能を有するFeSi_2-SiC-Cu系熱電変換材料を低コストな常圧焼結法により作製することが重要な課題となる.そこでSiC添加FeSi_2粉末にCu粉末を添加した試料を常圧焼結にて作製したところ,Cu-Si液相の発生により液相焼結が発生し,常圧焼結によっても緻密な焼結体を作製できることが明らかになった.一方,ε-FeSi金属相の析出を引き起こし,SiC添加に起因する熱起電力向上効果および熱伝導率低減効果がCu添加により失われてしまうことが分かった.そこでε-FeSi金属相の析出を抑えるため,Siを過剰添加したところε-FeSi+Si→β-FeSi_2反応によりε-FeSi金属相量の減少のみならず半導体β相量の増加を引き起こすことを突き止めた.その結果,熱起電力が大幅に向上し,また熱伝導率も効果的に減少して,Cu添加にょる性能劣化を完全に克服できることが分かった.これにより高性能を有するSiC微粒子分散およびCu複合添加β-FeSi_2熱電変換材料を低コストな常圧焼結により作製可能であることを明らかにした.その他,CoSb_3系熱電変換材料においては,FeSb金属微粒子をメカニカルアロイングにより微細分散させることにより,比抵抗が著しく低減し,熱電変換性能が著しく向上することを明らかにした.

研究成果

• [文献書誌] Mikio Ito, Hiroshi Nagai, Takashi Tanaka, Sigeru Katsuyama, Kzuhiko Majima: "Thermoelectric Performance of n-Type and p-Tape β-FeSi_2 Prepared by Pressareless Sinfering with Cu Addition"Journal of Alloys and Compounds. Vol.319. 303-311 (2001)
• [文献書誌] Shigeru Ktsuyama, Shinichi Tokuno, Mikio Ito, Kazuhiko Majima, Hiroshi Nagai: "Phase Relation and Thermoelectric Properties of the Ternary Lanthanum Chalcogenide System La-A-A(A=Ca, Ba)"Journal of Alloys and Compounds. Vol.320. 126-132 (2001)
• [文献書誌] Mikio Ito, Hiroshi Nagai, Daisuke Harimoto, Shigeru Ktsuyama, Kzuhiko Majima: "Effects of Cu Addition on the Thermoelectric Properties of Hot-Pressed β-FeSi_2 with SiC Dispersion"Journal of Alloys and Compounds. Vol.322. 226-232 (2001)
• [文献書誌] Mikio Ito, Hiroshi Nagai, Takayuki Katsura, Shigeru Ktsuyama, Kzuhiko Majima: "Preparation of SiC Dispersed Fe_<0.98>Co_<0.02>Si_2 by Pressureless Sintering with Cu and Si Addition and Its Thermoelectric Performance"Materials Transactions. 42・7. 1451-1457 (2001)
• [文献書誌] Mikio Ito, Hiroshi Nagai, Etsushi Oda, Shigeru Ktsuyama, Kzuhiko Majima: "Effects of P Doging on the Thermoelectric Properties of β-FeSi_2"Journal of Applied Physics. 91・4. 2138-2142 (2002)
• [文献書誌] Mikio Ito, Tomoya Nagira, Yoshimitsu Oda, Shigeru Katsuyama, Kzuhiko Majima: "Effect of Partial Sabstitution of 3d Transition Mefals for Coon the Thermoelectric Properties of Nax Co_2O_4"Materials Transactions. 43・3(in press). (2002)