Термоелектричний сплав

Термоелектричний сплав, що містить олово І кобальт, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що в його склад додатково введено цирконій І сурму при наступному співвідношенні компонентів (у ваг. %): Цирконій 33.60-33,80 Кобалы 21,70-21.85 Олово 3,90-29.05 Сурма Решта Недоліком даних матеріалів є невелике від'ємне значення термоерс (-20 - -80 мкВ/К). Відомі термоелектричні властивості антимонідів рідкісноземельних елементів складу LnsSb3 (Абдусалямова М.Н., Абдулхаев В.Д., Гончарова Е.В. и др. Электрические свойства антимонидов РЗЭ состава LnsSb3 (Ln - Nd. Sm, Gb, Tb, Dy, Ho) // ФТТ. 1982. T.24. B.3. C.752-756), що містять один Із елементів групи лантану (неодим, самарій, гадоліній, тербій, диспрозій або гольмій) І сурму при наступному співвідношенні компонентів (у ат. %); Один з елементів-лантаноТдІв • (неодим, самарій, гадоліній, тербій, диспрозій або гольмій) 62,5 Сурма Решта Недоліком відомих антимонідів є низьке значення термоелектрорушійної сили, що складає не більше -11,6 мкВ/град, наприклад, для антимоніду гадолінію в області температур 300-800 К. С > сл ю 17952 Відома термоелектрорушійна сила аморфних сплавів системи Co-Zr (From M., Mulr W.B. Thermoelectric power of Fe-Zr and Co-Zr metallic glasses // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. № 6. P.3736- 3739), які містять кобальт 5 та цирконій у,співвідношенні, ваг. %: Кобальт 89,56-82,57 41,17-13,90 Цирконій Решта Решта Недоліком відомих аморфних сплавів системи кобальт-цирконій є низька термо- 10 електрорушійна сила в області температур 4300К, якау кращому випадку досягає 1,5 мкВ/К при температурі 300 К. Відома термоелектрорушійна сила аморфних сплавів нікель - цирконій (Altounlan Z., 15 Folles C.L., Mulr W.B., Strom-Olsen J.O. // Phys. Rev. B. 1983. V.27. Ns4. P.1955-1958), які містять цирконій та нікель у наступному співвідношенні компонентів, ваг. %: Нікель 17,66-60,02 20 Цирконій Решта Недоліком цих сплавів є низька термоелектрорушійна сила, що в області 4,2 - 300 К досягає від +0,05 мкВ/К до +2 мкВ/К. Відомі аморфні сплави системи мідь- 25 цирконій (Bailich M.N., Muir W.B., Altounlan Z., Tu Guo - Hua // Phys. Rev. В. 1983. V.27 № 2. P.619-623), які містять цирконій та мідь у співвідношенні, ваг. %: Мідь 22,99-61,91 ЗО Цирконій Решта Недоліком відомих аморфних сплавів системи мідь-цирконій є низька термоелектрорушійна сила, що в області температур 2300 К змінюється від 0 мкВ/К до 2,7 мкВ/К. 35 Відома термоелектрорушійна сила нікелевого сплаву для негативного електрода термопар (авт. св. СССР № 345223, кл. С 22 с 19/00), що містить алюміній, кремній, марганець, цирконій, лантан при наступно- 40 му вмісті компонентів у %: Алюміній 2,7-4,5 Кремній 0,8-2,4 Марганець 0,02-0,75 Цирконій 0,01-0,3 45 Лантан 0,01-0,1 Нікель Решта Недоліком цього нікелевого сплаву є не* велика диференційна термоелектрорушійна сила, що у парі з відомим сплавом системи 50 Ni-Cr-Sl (позитивний електрод) дорівнює 35 мкВ/град. Відомий сплав системи галій - нікель сурма (Леонов В.В., Кравцов Н.Н. Свойства сплавов тройной системы inSb-GaSb-NISb 55 // Изв. АН СССР. Неорганич. матер. 1983. Т. 19. № 9. С.1583-1584.), що містить, ваг. %: Галій 32,40-34,22 Сурма 64,02-63,83 Нікель Решта Недоліком відомих сплавів є те, що у всій вказаній області Існування Тх термоелектрорушійна сила не перевищує 42 мкВ/К. Найбільш близьким по технічному вирішенню, прототипом, є сплав (авт. св. СССР № 1797423, кл. Н 01 L35/14), що містить нікель, гафній, олово І кобальт при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Гафній 49,64-50,64 Олово 32,84-33,84 Кобальт 6,12-7,12 Нікель Решта Недоліком цього сплаву є те, що у всій вказаній області існування його термоелектрорушійна сила не перевищує 67 мкВ/К. Технічне завдання - створити такий матеріал, який дозволив би підвищити позитивну термоелектрорушійну силу. Поставлене завдання досягається таким чином, що у запропонований сплав, який містить олово і кобальт згідно винаходу, додатково введено цирконій І сурму при наступному співвідношенні компонентів, ваг. %: Цирконій 33,60-33,80 Кобальт 21,70-21,85 Олово 3,90-29,05 Сурма Решта Збільшення величини коефіцієнту термоерс відбувається завдяки формуванню матеріалу з однорідною структурою. При вказаному співвідношенні компонентів І наступному Тх сплавленні в електродуговій печі та гомогенізуючому відпалі при температурі 800°С одержуємо однофазний матеріал з кристалічною структурою типу MgAgAs. Причому в кристалічній гратці частина атомів одного з компонентів, сурми, заміщена на олово. Це заміщення приводить до позитивного значення величини термоерс (сполука ZrCoSb характеризується від'ємним значенням величини термоерс. Приклад 1). Твердий розчин ZrCoSbi-xSnx Існує включно до складу х = 0,66 (приклад 8). При більшому вмісті Sn утворюється неоднофазний сплав. Сполука ZrCoSn (приклад 9) належить до структурного типу ZrNlAI І різко відрізняється за своТми електрофізичними властивостями від сплавів твердого розчину ZrCoSbt-xSnx. Композиції сплавів для опробування одержували сплавленням вихідноТ шихти в електродуговій печі з вольфрамовим електродом в захисній атмосфері аргону. У якості вихідних компонентів використовувались цирконій йодид ний (99,9% Zr), кобальт електролітичний (99,9% Co), олово ОВЧ-000 (99,99% Sn) і сурма марки СуООО (99,99% Sb). Наважки компонентів сплавляли в електродуговій печі. Одержані злитки відпалювали при температурі 800°С в евакуйованих к вар 17952 цевих ампулах. Зразки ідентифікувались з П р и к л а д 5. Наважки цирконію йодиддопомогою рентгеноструктурного аналізу ного в КІЛЬКОСТІ 0,674 г, кобальту елект(використовувався дифрактометр ДРОН ролітичного - 0,435 г, сурми марки Су 000 3,0). Після чого на електроіскровій різці 0,540 г І олова марки ОВЧ-000 - 0,351 г вирізались зразки правильної геометричної 5 сплавляли в електродуговій печі, Виплавлені форми для вимірювання диференційноїтерзлитки піддавались гомогенізуючому моерс відносно міді. відпалу у вакуумі на протязі 600 годин при температурі 800°С. Після Ідентифікації з допоП р и к л а д 1. Наважки цирконію йодидмогою рентгеноструктурного аналізу Із злитка ного, кобальту електролітичного, сурми марки Су 000 і олова марки ОВЧ-000 в кількості 10 вирізались зразки, на яких вимірювалась диференційна термоерс відносно МІДІ, зна0,671 г, 0,433 г, 0,896 г І 0,000 г ВІДПОВІДНО чення якої при 400 К у даному випадку сплавлялись в електродуговій печі. Злитки дорівнює+101 мкВ/К. відпалювались у вакуумі на протязі 600 годин при 800°С. Після Ідентифікації з допомоП р и к л а д 6. Наважки цирконію йодидгою рентгеноструктурного аналізу Із злитка 15 ного, кобальту електролітичного, сурми марвирізались зразки, на яких вимірювалась дики Су І олова марки ОВЧ-000 у кількості ференційна термоерс відносно міді, значен- . 0,675 г, 0,436 г, 0,450 г І 0,439 г відповідно ня якої при 400 К у даному випадку дорівнює сплавлялись в електродуговій печі. Виплав-62 мкВ/К. лені злитки піддавались гомогенізуючому П р и к л а д 2. Наважки цирконію йодид- 20 відпалу у вакуумі на протязі 600 годин при температурі 800°С. із Ідентифікованих з доного, кобальту електролітичного, сурми марпомогою рентгеноструктурного аналізу ки Су 000 І олова марки ОВЧ ОВЧ-000 у злитків вирізались на електроіскровій устаКІЛЬКОСТІ 0,672 г, 0,434 г, 0,816 г І 0,079 г новці зразки, на яких вимірювалась дифевідповідно сплавлялись в дуговій печі. Після плавки злитки піддавались гомогенізуючому 25 ренційна ъ омоерс відносно міді, значення якої при 400 К у даному випадку дорівнює відпалу у вакуумі на протязі 600 годин при +108мкВ/К. температурі 800°С. Із Ідентифікованих з допомогою рентгеноструктурного аналізу П р и к л а д 7. Наважки цирконію йодидзлитків вирізались на електроіскровій устаного в КІЛЬКОСТІ 0,676 г, кобальту електновці зразки, на яких вимірювалась дифе- 30 ролітичного - 0,437 г, сурми марки СуООО ренційна термоерс відносно міді, значення 0,316 г І олова марки ОВЧ-000 - 0,572 г якої при 400 К у даному випадку дорівнює сплавляли в електродуговій печі. Виплавлені +96 мкВ/К. злитки піддавались гомогенізуючому відпалу у вакуумі на протязі 600 годин при темпераП р и к л а д 3. Наважки цирконію йодидного, кобальту електролітичного, сурми мар- 35 турі 800°С. Після ідентифікації з допомогою рентгеноструктурного аналізу Із злитка ки Су 0001 олова марки ОВЧ-000 в кількості вирізались зразки, на яких вимірювалась ди0,672 г, 0,434 г, 0,735 г І 0,157 відповідно ференційна термоерс відносно МІДІ, значенсплавлялись в електродуговій печі. Злитки ня якої при 400 К у даному випадку дорівнює відпалювались у вакуумі на протязі 600 годин при 800°С. Після Ідентифікації з допо- 40 +92 мкВ/К. могою рентгеноструктурного аналізу Із П р и к л а д 8. Наважки цирконію йодидзлитка вирізались на електроіскровій устаного, кобальту електролітичного, сурми марновці зразки, на яких вимірювалась дифеки СуООО І олова марки ОВЧ-000 в КІЛЬКОСТІ ренційна термоерс відносно міді, значення 0,676 г, 0,437 г, 0,307 г І 0,581 г відповідно якої при 400 К у даному випадку дорівнює 45 сплавлялись в електродуговій печі. Злитки +124 мкВ/К. відпалювались у вакуумі на протязі 600 годин при 800°С. Після Ідентифікації з допомоП р и к л а д 4. Наважки цирконію йодидгою рентгеноструктурного аналізу Із злитка ного, кобальту електролітичного, сурми марвирізались зразки, на яких вимірювалась дики Су 0001 олова марки ОВЧ-000 у КІЛЬКОСТІ 0,672 г, 0,434 г, 0,718 г 1 0,175 г відповідно 50 ференційна термоерс відносно МІДІ, значення якої при 400 К у даному випадку дорівнює сплавлялись в електродуговій печі. Виплав+90мкВ/К. лені злитки піддавались гомогенізуючому відпалу у вакуумі на протязі 600 годин при температурі 800°С. Із ідентифікованих здоП р и к л а д 9. Наважки цирконію йодидпомогою рентгеноструктурного аналізу 55 ного в КІЛЬКОСТІ 0,679 г, кобальту електзлитків вирізались на електроіскровій устаролітичного - 0,438 г, сурми марки СуООО 0,000 г І олова марки ОВЧ-000 - 0,883 г новці зразки, на яких вимірювалась дифесплавляли в електродуговій печі. Виплавлені ренційна термоерс відносно міді, значення злитки піддавались гомогенізуючому якої при 400 К у даному випадку дорівнює відпалу у вакуумі на протязі 600 годин при +112мкВ/К. 17952 температурі 800°С. Після ідентифікації з допомогою рентгеноструктурного аналізу Із злитка вирізались на електроіскровій установці зразки, на яких вимірювалась диференцїйна термоерс відносно МІДІ, значення якоТ при 400 К у даному випадку дорівнює +3 мкВ/К. Результати помірів диференцІйноТ термоерс відносно міді та приклади вагових складів сплавів зведено у таблицю. 10 8 Як видно з таблиці велике позитивне значення термоерс досягається за рахунок того, що у сплав, який містить гафній, олово, кобальт і нікель, додатково ввели цирконій І сурму при певному співвідношенні компонентів (приклади 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8). При відхиленні складу сплавів від запропонованого значення термоерс стає негативним (приклад 1) або незначним за величиною (приклад 9), що не відповідає технічному завданню. Склад матеріалу, мас.% Приклад Цирконій Нікель 33,55 21,65 33,60 33,60 33,65 33,70 33,75 33,80 33,80 33,95 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Кобальт 21,70 Прототип — Упорядник Замовлення 4259 21,70 21,70 21,75 21,80 21,85 21,85 21,90 6.127,12 решта Техред Є.Копча Значення Олово Сурма Гафній 44,80 3,90 7,85 8,75 17,55 40.80 36,85 35,90 27,00 21,95 22,50 15,80 15,30 — диференцІйноТ термоерс при 400 К, мкВ/К 49,6450,64 28,55 29,05 44,15 32,84 33,84 -62 + 96 +124 +112 + 101 +108 + 92 + 90 + 3 + 67 Коректор М. Самборська Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101