171378. lajstromszámú szabadalom • Eljárás termovillamos hűtőelem előállítására
3 171378 4 kedó'en, a' homogén szerkezetet megőrzik, illetve egyre kisebb mérettartományokra terjesztik ki. A hőkezelésekkel biztosított homogén és mechanikailag kompakt állapotokat, minden esetben úgy tartósítjuk, (kivéve a szinterelést) hogy .a lehető legnagyobb sebességekkel hűtünk szobahőmérsékletre és ezzel nem hagyunk időt a szilárdfázisú átkristályosodásokra. Az ilyen műveletekkel járó mikrorepedések káros hatása azért nem jelentkezik, mert a porkészítés közben a repedések törési felületekké válnak, szemcsék külső felületeivé alakulnak. (Szintereit állapotban az ötvözet belső feszültségtől mentes.) A találmány abban van, hogy az n- és p-típusú alapanyagot hőkezelés végett semleges, illetőleg redukáló atmoszférában 400-500 C° hőmérsékleten legalább l-l óráig izzítjuk, majd a hőkezelés hőfokáról legalább 100 Cc sec" 1 : sebességgel lehűtjük. A találmány szerinti eljárás előnye az ismert eljárásokkal szemben az, hogy teljes tömörség elérése mellett, mely biztosítja a szükséges nyomó-húzószilárdságot és a villamos vezetőképesség 1000-1200 ohm"1 cm" 1 fajlagos, átlagos közép értékét, a homogenitásra jellemző termovillamos feszültség eloszlásában észlelhető szórás nem éri el az 5 • 10~6 V/grad-ot, egyben az anyagokból összeállítható elempár átlagos jósági száma 3 • 10"3 grad"1 , ezért a testekből összeállítható hűtőelemek maximális hőmérsékletkülönbsége 30 C° melegoldali hőmérséklet mellett, eléri a 65 C°-ot. A találmányt az alábbi példával világítjuk meg: Az eljáráshoz használt ötvözeteket kvarcampullában kell kialakítani. A kvarcampulla készítéséhez mindenfajta szennyezéstől mentes, kiégetett, száraz kvarccsőből kell kiindulni. Ebbe kell tölteni a p-. illetve az n-típusú ötvözet alapelemeit a doppoló anyagjaikkal együtt, majd evakuálni min 10"4 Torr mellett és lezárni. Az n—típusú ötvözet összetétele: (Bi2 Te 3 ) a (Sb 2 Te 3 ) b (Sb 2 Se 3 ) c, ahol 0,04 <c<0,06, 0,72 <a< 0,92 közötti, (a+b+c) = 1 3a + 3b + 3c 3 és • = (sztöchiometrikus) 2a + 2b + 2c 2 pl. Bilj8 Sbo )2 Te 2> 85Seo > l5 - 0,07% súly AgBr. A p— típusú ötvözet összetétele: (Sb2 Te 3 ) d (Bi 2 Te 3 ) e (Sb 2 Se 3 ) f, ahol(d+e+f)>l, 12<^<25, 1 3d + 3e + 3f és (3d + 3e + 3f) > = 10 2d + 2e + 2f 5 3 = (nemsztöchiometrikus) 2 pl. Sbi>5 Bio,5Te3,oi5Se a o9 + 0,033% súly Pb 10 ahol a bizmut, antimon, a tellur és a szelén 99,999% tisztaságú. A zárt ampulla az anyag megolvasztása 15 érdekében 1200C°-os függőleges kályhatérbe kerül. Homogén keverék eléréséhez többszörös erőteljes rázás szükséges, e közben az anyag soha meg nem dermedhet. Ezután az ampulla 800-1200 C°-on, célszerűen 1000 C°-on, 0,5-2 órát, célszerűen 20 1 órát pihen és a homogén állapot rögzítése a kályhából való gyors kiemeléssel, vízzel telt edénybe való beejtéssel történik. A lehűlt ampullát a teljes homogenizálás érdekében 15—30 óráig, célszerűen 24 óráig 565-575 C° közötti hó'mérsék-25 léten tartjuk, melynél a maradék mikrodúsulások eloszlására nyílik lehetőség. Ezután az ampulla hűtése újra vízzel telt edénybe való beejtéssel történik. Az ampullából kiemelt szilárd ötvözetekből 30 achát mozsarakban port készítünk, majd szitasoron osztályozzuk. A porkeveréket újra tiszta ampullába helyezzük, melyben egymás után argon-hidrogén-argon atmoszférában tartjuk, egyenlő időkig, célszerűen l-l órát 380-500C°-on, célszerűen 35 420 C°-on. annak érdekében, hogy a porszemcsék felületén a préseléshez szükséges, kívánt vastagságú oxidhártya keletkezzék. A porkeverékeket az argon atmoszféra fenntartásával kell préselni. A préselések a szokásos nyomásértékek mellett (4-6 t/cm2 ) 40 zajlanak le. A kész préstestek szabadlevegőre kerülhetnek, majd vákummtérbe, ahol a nyomás célszerűen 10"4 - 10" 5 Torr, majd az n-típusú testeket 380 C°-on legalább 6 órán keresztül, a p-típusokat 45 pedig 390 C°-on legalább 3 óráig hagyjuk zsugorodni. Az így elkészült p- és n-típusú testeket célszerűen kis villamos ellenállású forraszanyaggal villamosan sorbakötéssel, termikusan paralel elren-50 dezésben hűtőegységgé lehet összeállítani, ismert sémák szerinti elrendezésben, oly módon, hogy a hűtőegység kialakított két felülete között egyenáramú működtetés esetén hőmennyiség áramoltatható a hűtőegységgel határos egyik féltérből a 55 másikba. Szabadalmi igénypontok: 60 1. Eljárás termovillamos hűtőelem előállítására, amelynél a Bi-Sb-Te-Se és AgBr-t tartalmazó n-típusú és Sb-Bi-Te-Se és Pb-t tartalmazó p-típusú oszlopok alapanyagát ötvözés útján állítjuk elő, majd az alapanyagokat megőröljük és hőkezeljük és 65 azokból préseléssel oszlopokat hozunk létre. 2
