Сплав на основі стибію

Реферат: Сплав на основі стибію містить кобальт, стибій та ванадій. UA 103008 U (54) СПЛАВ НА ОСНОВІ СТИБІЮ UA 103008 U UA 103008 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до матеріалознавства, а саме нових інтерметалічних термоелектричних сплавів і може бути використана як термоелектричний матеріал при виготовленні термопар, термоелектричних генераторів або термоелектричних охолоджуючих пристроїв. Згідно ДСТУ 2439-94 "Елементи хімічні та речовини прості. Терміни та визначення основних понять. Умовні позначення". К.: Держспоживстандарт України, 1994. 19 с. та Посібника "Вступ до хімічної номенклатури. Для викладачів і вчителів хімії та учнів середніх навчальних закладів освіти." Білодід О.І., Голуб О.Α., Корнілов A.M. та ін. К.: Школяр, 1997. 48 с. рекомендують термін сурма вилучати з української хімічної термінології і вживати замість нього міжнародну, латинську за походженням назву стибій (Sb). Відомий термоелектричний сплав твердих розчинів TiCo1-xNixSnxSb1-x (J. Barth, M. Schoop, A. Gloskovskii, A. Skabko, A. Weidenkaff, С. Felser. Investigation of the thermoelectric properties of the series TiCo1-xNixSnxSb1-x //Z. Anorg. Allg. Chem. 2010. 636. 132-136), що містить, ваг. %: титан 21,1-21,24 кобальт 1,31-20,69 нікель 5,15-24,73 стибій 2,70-42,74 олово решта. Сплав має термоерс, яка не перевищує 99 мкВ/К при 400 К. Недоліком даного термоелектричного сплаву є невелике значення термоерс. Відомий термоелектричний сплав твердих розчинів Tix(ZrHf)0,99-xV0,01Ni0,9Pd0,1Sn0,99Sb0,01 (P.-J. Leea, S.C. Tsend, L.-S. Chaoa. High temperature thermoelectric properties of Tix(ZrHf)0,99-xV0,01Ni0,9Pd0,1Sn0,99Sb0,01 half-Heusler alloys //J. Alloys Compds. 496 (2010) 620-623), що містить, ваг. %: титан 0-8,78 цирконій 14,28-8,20 гафній 27,94-16,03 ванадій 0,19-0,16 нікель 19,37-16,71 паладій 3,90-3,36 стибій 0,45-0,39 олово решта. Сплав має термоерс, яка не перевищує - 152 мкВ/К при 400 К. Недоліком цього термоелектричного сплаву є наявність великої кількості складових компонентів та вміст дорогоцінного металу паладію. Відомий термоелектричний сплав (а.с. СССР № 1689416, С22С 5/04, 1990 p.), що містить лютецій, стибій і нікель за наступного співвідношення компонентів, ваг. %: лютецій 48,71-49,71 стибій 33,76-34,76 нікель решта. Термоерс сплаву не перевищує 134,4 мкВ/К при температурі 400 К. Недоліком термоелектричного сплаву є наявність великої кількості, майже 50 %, дуже дорогого металу лютецію. Відомий скутерудит (Ca, Mm)0,1Co4Sb12, де Mm "мішметал" (Ce, La, Nd, Pr), (L. Zhanga, N. Melnychenko-Koblyuk, E. Royanian, A. Grytsiv, P. Rogl, E. Bauer. Influence of filler element and Nisubstitution on thermoelectric properties of multi-filled skutterudites //J. Alloys Compds. 504 (2010) 53-59), що містить, ваг. %: кальцій 0,23 мішметал 0,32 кобальт 13,82 стибій решта. Цей сплав має значення термоерс - 173мкВ/К при температурі 380 К і досягає максимального значення 208 мкВ/К за температури 700 К. Недоліком є те, що до складу компонентів цього сплаву входить "мішметал", який є сумішшю рідкісноземельних металів, співвідношення яких є не завжди однозначним і як наслідок неоднозначними будуть і властивості таких сплавів. Найближчим за технічними характеристиками - прототипом є сплав на основі стибію CoSb3 (Y. Kawaharada, К. Kurosaki, M. Uno, S. Yamanaka. Thermoelectric properties of CoSb3 //J. Alloys Compds. 315 (2001) 193-197), що містить, ваг. %: кобальт 13,89 1 UA 103008 U 5 10 15 20 25 30 стибій решта. Сплав має значення термоерс - 228 мкВ/К при температурі 380 К. Недоліком цього сплаву на основі стибію є відсутність області гомогенності сполуки CoSb 3 і складна методика синтезу. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити сплав на основі стибію шляхом підбору нового складу компонентів, який дасть змогу підвищити значення термоерс при температурі 380 К. Поставлена задача вирішується так, що у сплав, який містить кобальт і стибій, додатково введено ванадій при наступному співвідношенні компонентів, ваг. %: ванадій 0,12-0,60 кобальт 13,88-13,81 стибій решта. Авторами запропоновано сплав, який містить, кобальт і стибій, але на відміну від прототипу додатково введено ванадій. Це дало змогу значно збільшити термоерс при температурі 380 К. Композицію сплаву для дослідження одержують сплавлянням вихідної шихти в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Як вихідні компоненти використовують: ванадій марки ВЭЛ-1 (99,85 % V), кобальт електролітичний КО (99,99 % Со), стибій марки Су000 (99,99 % Sb). Одержані після сплавляння злитки відпалюють при температурі 870 К у вакуумованих кварцевих ампулах протягом 900 годин. Після відпалу зразки гартують у холодній воді без розбивання ампул. Після цього електроіскровою різкою вирізають зразки правильної геометричної форми для вимірювання термоерс відносно міді в діапазоні температур 80÷380 К. Одержання сплаву і вибір граничних меж компонентів можна проілюструвати прикладом. Приклад Наважки ванадію марки ВЭЛ-1, кобальту електролітичного марки К0, стибію марки Су000 в кількості 0,60, 13,81, 85,59 відповідно, сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Одержаний злиток піддають гомогенізуючому відпалу при температурі 870 К у вакуумованій кварцовій ампулі протягом 900 годин. Після відпалу зразок гартують у холодній воді без розбивання ампули. Потім електроіскровою різкою вирізають зразок правильної геометричної форми 1,03×0,98×3,05 мм для вимірювання термоерс відносно міді в діапазоні температур 80÷380 К. Значення термоерс у даному випадку при температурі 380 К дорівнює -392,6 мкВ/К. Результати отриманих величин термоерс при температурі 380 К і приклади вагових складів сплавів зведено у таблицю. Таблиця Приклад 1 2 3 4 5 Прототип ванадій 0,06 0,12 0,24 0,36 0,60 Склад матеріалу, ваг. % кобальт стибій 13,89 86,05 13,88 86,00 13,86 85,90 13,84 85,80 13,81 85,59 13,89 86,11 Термоерс, мкВ/К (при 380 К) -148,0 -232,3 -333,5 -229,1 -392,6 -216,4 Наведені приклади підтверджують одержання передбачуваного технічного результату. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Сплав на основі стибію, що містить кобальт і стибій, який відрізняється тим, що додатково введено ванадій при такому вмісту компонентів (ваг. %): ванадій 0,12-0,60 кобальт 13,88-13,81 стибій решта. 40 2 UA 103008 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3