199196. lajstromszámú szabadalom • Eljárás termovillamos elem előállítására
199196 A találmány tárgya eljárás n- és p-típusú germánium-szilícium ötvözetből készült termooszlopokból, azokat egyik végükön, az ún. melegoldalon összekötő, CoSiMo ötvözetből készült hídból és a termooszlopok másik végét, az ún. hidegoldalát lezáró wolframpapucsokból álló termovillamos elem előállítására. Ilyen termovillamos elemek elsősorban termovillamos generátorokban nyernek alkalmazást, ahol az elemeket termikusán párhuzamosan, villamosán sorba kötve, az elemek meleg és hideg oldalain hőmérsékletkülönbséget létrehozva mozgó alkatrész nélkül lehet villamos energiát előállítani pl. villamos hálózattól távol lévő műszerek, berendezések céljára. Germánium-szilícium ötvözetből készült termovillamos elem és előállítására szolgáló eljárás több is ismert. Először U. Birkholz (Z. angew. Phys. 22 Bd, Hef 5, 1967. 395— 398 s.) írt le ilyen termovillamos elemet, ő arzénnel adalékolt n-típusú Ge0j3Si0>7 és borral adalékolt p-típusú Ge03Si0)7’ anyagú termooszlopokat kötött össze szinten arzénnel, illetve borral adalékolt Ge0i7Si0)3 átmeneti rétegek — mondhatjuk „forraszok“ — segítségével borral adalékolt szilíciumból készült melegoldali átkötéssel — úgynevezett: „híddal“ — illetve wolframból készült hidegoldali kontaktuslemezzel — úgynevezett „papuccsal" —, amelyet 400°C-os forrasz segítségével ezüst kivezetéssel látott el. A felsorolt alkotókat grafit formában pozícionálta, majd áramló H2 gázban 1200°C-os hőkezeléssel összeötvözte, végül külön lépésben felforrasztotta az ezüst kivezető lemezt. A GeSi ötvözet készítésével egy lépésben történő elemkészítési módszert közöl a 167 198 sz. HU szabadalmi leírás, amely szerint az öntőforma — amelybe az adalékolt GeSi olvadékot öntik és megszilárdítják — egyes lapjai hídanyagból és wolfram lemezből készülnek, amelyekhez a megszilárduló olvadék 'odaköt, míg az öntőforma grafit részei leválnak: az öntvényt feldarabolva kész elemeket kapnak. E módszer legnagyobb hátránya, hogy az elemek hőgyűjtő felülete nem növelhető a szeletelésre merőleges irányban, így csak igen nagy hőáramsűrűséget biztosító hőforrás esetén alkalmazhatók előnyösen. Birkholz termovillamos elemeinek hátránya, hogy mind a hídanyag, mind a „forraszok“ adalékolással vezetővé tett félvezetők, amelyeknek fajlagos ellenállása a termooszlopokéval azonos nagyságrendben esik, és az adalékanyag oldékonysági határa nem teszi lehetővé a jobb villamos vezetés kialakítását. Másrészt a működés magas hőmérsékletén számottevő adalékanyag-diffúzió rosszul vezető, kompenzált átmeneti réteg képződéséhez vezet a különböző típusú adalékolt alkatrészek között, ez rontja az elem hatásfokát. Ezeken a problémákon kíván segíteni a Siemens AG több megoldása (1 489 283, 1 539 321, 1 539 332 sz. DE és az 1 213 026 sz. GB szabadalmi leírások, ahol fémes vezeté-1 n sű fémszilicid hídanyag-összetételeket közölnek, köztük CoSiMo ötvözeteket is. Ugyancsak a Siemens AG szabadalmazott forrasz-összetételeket is (1 539 333 és 1 539 334 sz. DE szabadalmi leírások), ezek palládium és egy másik fém, pl. kobalt vagy nikkel különböző arányú szilíciumötvözetei. Az elkészítés módját illetően a feltalálók csak annyit közölnek, hogy a termooszlopok és/\ragy hídanyag illeszkedő felületeit forrasszal látják el, ezt fóliavékonyságig lecsiszolják, és csak ezt követően illesztik össze az alkatrészeket. Ez a módszer sok különálló lépés elvégzését jelenti, azaz a kereskedelemben nem kapható speciális forraszt el kell készíteni, darabolni, a darabokat az alkatrészek megfelelő helyére rá kell olvasztani, csiszolni kell, mégpedig igen pontosan, és csak ezután jön az „összeforrasztás“ művelete. A találmány célja egyszerűen és olcsón előállítható, egymáshoz hőtágulások szempontjából is illesztett anyagokból egyszerűen készíthető alkatrészek felhasználásával kereskedelemben is kapható segédanyagokkal, kevés művelettel megbízható termovillamos elemek előállítására eljárást biztosítani, olcsó, de jó minőségű elemeket készíteni. A találmány szerinti termovillamos elem-előállító eljárás azon a felismerésen alapul, hogy adott mennyiségű fémből és hídanyagból, illetve papucson lévő szilíciumból a helyszínen is előállítható a szükséges összetételű forrasz, ha annak olvadáspontjánál magasabb hőmérsékletű a hídanyag, illetve papucsanyag, és a fém azzal szoros érintkezésben van. Mivel a termooszlop csak a kialakuló olvadt forraszon át kap hőt, bizonyos, hogy az mindig hidegebb a forrasznál, amely elsősorban a melegebb hídanyagból, illetve papucsanyagból old magába, a termooszlop összetételváltozása lényegesen kisebb. A hőmérsékletek ilyen eloszlása megengedi, hogy a termooszlop anyaga kismértékben inhomogén, tehát öntéssel készült is lehet, az elemösszeállítás hőkezelése során nem kell attól tartani, hogy a germániumban dúsabb inhomogenitásokon olvadás mutatkozik, és a szorító erő hatására a termooszlop megrogyik. A kitűzött .célt a bevezetőben körülírt termovillamos elem előállításánál úgy értük el, hogy a kívánt termovillamos elem -térbeli elrendezésének megfelelően egymáshoz pozícionált alkatrészek közül az n- és p-típusú termooszlopok, és a híd egymáshoz illeszkedő felületei közé palládiumot, vagy platinát helyezünk a termooszlopok érintkező felületével azonos méretű, 0,02—0,04 mm vastag fólia formájában, az n- és p-típusú termooszlopok és wolframpapucsok egymáshoz illeszkedő felületei közé nikkelt, palládiumot, vagy platinát helyezünk 0,02—0,04 mm vastag fólia, vagy háló formájában, az alkatrészeket a termooszlopok keresztmetszetén 0,05— 0,15 MPa nyomást létrehozó, az oszlopok hosszirányával azonos irányú erőkkel össze-3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
