167198. lajstromszámú szabadalom • Eljárás adalékolt germánium-szilicium termovillamos ötvözet, illetve abból készült termoelektromos generátorelemek előállítására
3 167198 4 előállítása a technológiai paraméterek (hőmérsékletek, cseppnagyság, cseppgyakoriság stb.) újra optimalizálását igényli. A találmáajf célja olyan eljárás, amely egyszerű eszközökkel, váitozatlan technológiai körülmények között biztosítja a megfelelő minőségű ötvözet előállítását olyan esetekben is, amikor az előállítandó ötvözet tulajdonságai érdekében bevitt adalékanyagok az olvadék technológiai jellemzőit megváltoztatják és a korábbi eljárásokat ezáltal bonyolulttá teszik. Megoldást ad adalékolásában program szerint inhomogén anyag előállítására. A találmány kiterjed az eddigieknél kedvezőbb ötvözet összetételre és egyúttal módot ad arra, hogy a termovillamos anyag előállításával egy lépésben, közvetlenül generátorelemek, vagy elemcsoportok (ún. egysegek) legyenek előállíthatók. A találmány szerinti eljárás során a kívánt arányú alkotóelemek és tetszőleges adalékok olvadékát egy vagy több vékony sugárban olyan „sebességgel" (időegységre jutó olvadékmennyiség) öntjük a jó hővezetőképességű anyagból készült öntőformába, hogy a forma az olvadék hőtartalmának egy részét gybrsan elvezetve az anyag gyakorlatilag azonnal az olvadáspont alá hűlve megszilárduljon. A kristályosodás így is lényegében szegregációmentesen játszódik le, az anyag összetételbeli homogenitása a termovillamos alkalmazás igényeit kielégíti. A megszilárdulási front hőviszonyait esetünkben, az olvadék hőtartalmától bizonyos határig függetlenül, az öntőforma hőelvonóképessége szabja meg. Az öntőforma anyagának megválasztásánál és kialakításánál figyelembe kell venni, hogy az ne szennyezze az ötvözetet, bírja a hőigénybevételt, jó hővezető és jó hőlesugárzó, vagyis nagy hőelvonó-képességű és az esetleges mechanikai feszültségek levezetésére viszonylag rugalmas legyen. Ilyen anyag például a vékony spektrálgrafit, amely olcsó, könnyen hozzáférhető és megmunkálható. Használhatók azonban 1400 C° feletti olvadáspontú fémből készült lemezek is, amelyeket például vékony, kemény korom, szén, SiC, A12 0 3 . Si0 2 , vagy esetenként saját oxidrétegével vonunk be. Használhatók egyes fémoxidok is (pl. BeO), vagy fémoxidkeverékek (kerámia-anyagok), ha hővezetésük, hőlökésállóság»k és mechanikai szilárdságuk a kívánt öntőformaméret kialakítását megengedik. A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, ahol az Lábra az öntőforma egy lehetséges megoldását mutatja metszetben, a 2. ábra ugyanennek az öntőformának oldalnézeti rajza. A 3. ábra más megoldású öntőformát mutat be félig metszetben, míg a 4. ábra generátorelemek közvetlen előállítására alkalmas öntőforma keresztmstszete? Az 5. ábra példaként vázlatosan mutatja a berendezést, amelyben a találmány szerinti eljárás kivitelezhető, a 6. ábra pedig a termék speciális felvágási lehetőségét mutatja be. Az öntőforma 1. és 2. ábrán látható esetében grafitból készült 1 alaplemez hornyaiban négy kívül bordázott, belül sima 2 grafitléc egyik vége Sk'szkedik, míg a másik végüket hasonló de középen lyukas szintén grafit 3 fedőlemez hornyai fogják össze. Az öntőforma a 3. ábrán mutatott esetében a kb. 1 mm falvastagságú két félből álló gömbölyített fenekű, felül nyitott 4 grafitcsövet alul egy 5Mo lemez, felül egy 6 kvarccső darabka fogja össze. 5 öntés, megszilárdulás és lehűtés után a szerszámok egyszerűen bonthatók, az anyag kiemelhető, mivel a megszilárdult Ge-Si ötvözet nem tapad a grafithoz. Az öntőforma — azonos vezetési típusú anyag öntéséhez - igen sokszor felhasználható. 10 Az eljárás egyik előnyét jelenti, hogy generátorelemek közvetlen előállítását teszi lehetővé pl. a 4. ábrán keresztmetszetben bemutatott öntőforma alkalmazásával. 15 A megfelelően behornyolt, nagy hőelvonóképességű anyagból (pl. grafitból) készült alaplemez és hasonló hornyolású, de két beöntőnyílást is tartalmazó ugyanilyen anyagú fedőlemez hornyai között a 7 „hídanyagból" (pl. Mo tartalmú Si-ból) 20 készült 2—3 mm vastag zárólemez, nagy hőelvonóképességű anyagból (pl. 1-2 mm vastag, kívül bordázott grafit) készült 4 db 8, 9, 10, 11 oldallécek helyezkednek el, majd hidegoldali kontaktusanyagból (pl. wolframból, vagy p-n-p, illetve n-p-n 25 átmenetet tartalmazó Si lemezből) készült két 12, 13 léc zárja le az így kialakult kettős csövet. Az egyik csőbe n-típusú, a másikba p-típusú ötvözetet öntve (tetszés szerinti sorrendben és időközzel) a második öntést követő lehűtés után 30 az alap és fedőlemez lehúzható, a 8, 9, 10, 11 oldallécek szintén leemelhetők, míg a 7 „hídanyag" és a 12, 13 „kontaktusanyag" felé az ötvözet kötése tökéletesnek montható. A keletkezett „V" keresztmetszetű idomot hossztengelyére merőlege-35 sen feldarabolva kész generátorelemekhez jutunk. Előállítható olyan öntőforma is amelynél mindkét típusú anyag számára készült csatornát egyetlen, széles kontaktusanyagból készült léc zárja le, vagyis 9, 10 grafitlécek keskenyebbek, Í12 és 13 lécek 40 helyett pedig egyetlen széles léc van. Az ilyen formába öntött n és p típusú anyagból előálló idomot 6. ábra szerint felvágva sorbakötött elemcsoportot, úgynevezett generátoregységet állíthatunk elő közvetlenül. 45 Hidegoldali kontaktusanyagként alkalmazhatunk olyan félvezető anyagból kialakított lécet, amelybe előzetesen p-n-p-, vagy n-p-n átmenetet hoztunk létre. 50 E megoldásnak az az előnye van, hogy az elemek, illetve egységek, külön elektromos szigetelés nélkül, közvetlenül szerelhetők, forraszthatók közös, fémes hőelvezetőre, így a hőáram útjába nem illeszkedik számottevő hőellenállás, a hideg-55 oldal hűtése intenzívebb, a hatásfok jobb lesz. További előnye a találmány szerinti eljárásnak, hogy -nem lévén kényes az olvadék fizikai jellemzőire- az elektromos vezetési típust megszabó adalékokon kívül más, például a hővezető-60 képességet tovább csökkentő, vagy a mechanikai szilárdságot növelő adalékok alkalmazása sem igényel lényeges változtatást a technológiai körülményeken. Hatásos adaléknak bizonyult ilyen szempontból a króm és wolfram néhány, 65 1—10 százalékos mennyiségben alkalmazva. 2
