Спосіб одержання інтерметалічних термоелектричних матеріалів зі структурою типу mgagas

Спосіб одержання інтерметалічних термоелектричних матеріалів зі структурою типу MgAgAs, за яким шихту вихідних компонентів сплавляють в 3 49835 Ф4830. Після цього ампулу зі сплавом швидко охолоджують гартуванням у холодній воді. Недоліком способу є наявність великої кількості мікронапруг у сплаві, викликаних швидким гартуванням, які призводять до високих значень питомого електроопору, що негативно впливає на термоелектричні характеристики матеріалу. До того ж процес гомогенізаційного відпалу є довготривалим. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити "Спосіб одержання інтерметалічних термоелектричних матеріалів зі структурою типу MgAgAs" шляхом використання нового підходу до термообробки сплаву після його сплавлення, спрощення та зменшення її тривалості, що дозволить суттєво зменшити кількість мікронапруг, понизити питомий електроопір і, як наслідок, підвищити значення коефіцієнта термоелектричної потужності синтезованих термоелектричних матеріалів, а також прискорити процес одержання та здешевити сам спосіб. Поставлене завдання вирішується так, що у способі одержання інтерметалічних термоелектричних матеріалів зі структурою типу MgAgAs, за яким шихту вихідних компонентів сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом на мідному водоохолоджуваному поді в атмосфері очищеного аргону з використанням губчатого титану як гетера з наступним охолодженням після термообробки, при чому, одержаний сплав розколюють на дві частини, розміщують у керамічному тиглі та нагрівають із швидкістю 50°/хв у вакуумі з тиском 10-5 Па, витримують до моменту плавлення нижньої частини сплаву, після чого нагрів припиняють і температуру поступово знижують зі швидкістю 10°/хв до повного охолодження сплаву. Авторами вперше запропоновано для одержання інтерметалічних термоелектричних матеріалів зі структурою типу MgAgAs використати швидке нагрівання сплавів у вакуумі до моменту плавлення та повільне охолодження, використовуючи вакуумний універсальний пост ВУП-4К та тигель з Аl2О3 + 20 мас. % ZrO2. При чому, розмір сплаву підібраний експериментально та залежать лише від форми і розміру тигля. Суттєвими відмінностями корисної моделі від прототипу є: - нагрівання сплаву у керамічному тиглі та вищому на три порядки вакуумі, що суттєво зменшує можливість окиснення поверхні та абсорбції газів. - контрольоване нагрівання сплаву до моменту плавлення, що призводить до зменшення кількості мікронапруг у сплаві. Наявність мікронапруг викликане швидким охолодженням сплаву у процесі плавлення, при якому атоми у кристалічній структурі не встигають зайняти свої кристалографічні позиції у вузлах кристалічної ґратки. Це призводить до зменшення дальнього порядку у кристалі 4 чній структурі та зростання ближнього, тобто до локальної аморфізації. При нагріванні сплаву зростають теплові коливання атомів і кристалічна структура впорядковується - виникає дальній порядок. Також відбувається рівномірний розподіл домішок по всьому об'ємі сплаву. - контрольоване охолодження сплаву призводить до зменшення питомого електроопору, що викликане впорядкуванням кристалічної структури через зменшення вкладу розсіювання електронів на дефектах. Для порівняння термоелектричних характеристик матеріалів використовують співвідношення Z=S2/ρ, де Z - коефіцієнт термоелектричної потужності, S - коефіцієнт Зеєбека, а ρ - питомий електроопір. За цим виразом, термоелектричні характеристики тим вищі, чим вищим є коефіцієнт термоелектричної потужності. Оскільки спосіб синтезу, практично, не впливає на значення коефіцієнту Зеєбека, але суттєво впливає на питомий електроопір, то зменшення питомого електроопору призводить до зростання коефіцієнта термоелектричної потужності і, як наслідок, до підвищення термоелектричних характеристик термоелектричного матеріалу. Використання запропонованого способу одержання термоелектричного матеріалу дало змогу прискорити процес одержання, підвищити термоелектричні характеристики матеріалів та здешевити сам спосіб. Фіг. 1. Схема розміщення тигля зі зразком у вакуумному пості: 1 -танталовий тримач, 2 - керамічний тигель, 3 - сплав. Корисну модель можна проілюструвати наступним прикладом: Для виконання способу використовують електродугову піч, вакуумний універсальний пост ВУП4К, керамічний тигель з Аl2О3 + 20 % ZrO2. Шихту вихідних компонентів із вмістом нікелю марки НО, олова ОВЧ-000 і цирконію йодидного 21,79, 44,07, 33,53 мас. % відповідно, сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом на мідному водоохолоджуваному поді в атмосфері очищеного аргону з використанням губчатого титану як гетера. Отриманий сплав розколюють на дві частини і кладуть у тигель, який закріплюють між двома танталовими тримачами, як це показано на Фіг. 1. Тримачі під'єднують до відповідних кріплень установки вакуумного універсального поста ВУП-4К, герметично закривають ковпаком, відкачують повітря до тиску 10-5 Па та нагрівають із швидкістю 50°/хв. Як тільки нижня частина зразка починає підплавлятися, нагрів припиняють і температуру поступово знижують зі швидкістю 10°/хв до повного охолодження сплаву. Термоелектричні характеристики ZrNiSn (400 °С) наведено у таблиці. Таблиця Спосіб прототип запропонований ρ (мкОм∙м) 53 40 S(мкВ/К) -260 -260 Z(К-1) 1,28 1,69 5 49835 Наведений вище приклад доводить, що використання запропонованого способу дозволяє одержати термоелектричний матеріал з покращеними термоелектричними властивостями, прискорює Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 одержання результатів та призводить до здешевлення процесу, що підтверджує отримання передбачуваного технічного результату. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601