Матеріал для термопар та термоелементів

Реферат: Корисна модель належить до нових інтерметалічних матеріалів. У матеріал для термопар та термоелементів, що містить цирконій і нікель, додатково введено олово. UA 74677 U (54) МАТЕРІАЛ ДЛЯ ТЕРМОПАР ТА ТЕРМОЕЛЕМЕНТІВ UA 74677 U UA 74677 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до матеріалознавства, а саме нових інтерметалічних матеріалів для термопар та термоелементів, і може бути використана при виготовленні електродів термопар або термоелементів у термоелектрогенераторах для прямого перетворення теплової енергії в електричну. Відомий термоелектричний сплав на основі сурми (патент UA № 17952, С22С 19/00, 1997 p.), який містить цирконій, кобальт, олово, сурму при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): цирконій 33,6033,80 кобальт 21,7021,85 олово 3,9029,05 сурма решта. Даний термоелектричний сплав має значення термоерс 90124 мкВ/К при температурі 400 К. Максимальне значення термоерс цього термоелектричного сплаву складає не більше 124 мкВ/К при температурі 400 К. Відомий матеріал для термопар та термоелементів (а.с. СССР № 1797423, H01L 35/14, 1992 p.), що містить нікель, гафній, олово, кобальт при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: гафній 49,6450,64 олово 32,8433,84 лобальт 6,127,12 нікель решта. Термоерс вказаного матеріалу не перевищує 67 мкВ/К у всій області існування. Відомий аморфний сплав нікель - цирконій (Altounlan Z., Folles C.L., Muir W.B., Strom-Olsen J.O. // Phys. Rev. B. - 1983. V.27, №4. - P. 1955-1958), який містить цирконій та нікель при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): нікель 17,66-60,02 цирконій решта. Вказаний аморфний сплав має невелике значення термоелектрорушійної сили в області температур 4,2-300 К, яка складає +0,05 мкВ/К - +2 мкВ/К. Відомий матеріал для термопар (патент UA № 51071, С22С 13/00, G01K 7/02 2010 p.), що містить титан, олово, ванадій і нікель при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): титан 21,19-21,12 олово 52,69-52,69 ванадій 0,07-0,14 нікель решта. Для даного термоелектричного сплаву максимальне значення позитивної термоерс при 400 К складає 218 мкВ/К. Відомий матеріал для термопар та термоелементів (патент UA № 32948 С22С 13/00, 2008 p.), що містить титан, нікель, кобальт і олово при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): титан 21,24-21,26 нікель 25,55-23,45 кобальт 0,50-2,60 олово решта. Для даного матеріалу для термопар та термоелементів максимальне значення термоерс при 400 К складає - 229,0 мкВ/К. Найближчим за технічними характеристиками -- прототипом є матеріал для термопар та термоелементів (патент UA № 49806 C01F 17/00, С22С 28/00, 2010 p.), що містить нікель, сурму, ербій і цирконій при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): нікель 16,92-16,99 сурма 35,09-35,25 ербій 47,73-46,97 цирконій решта. Для даного матеріалу для термопар та термоелементів максимальне значення термоерс при 400 К складає -145,5 мкВ/К. Недоліком вказаного матеріалу є значний вміст дорогого матеріалу - ербію. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити матеріал для термопар та термоелементів шляхом підбору нового складу компонентів, що дасть змогу підвищити значення термоерс при температурі 400 К та здешевити матеріал. 1 UA 74677 U 5 10 15 20 25 30 Поставлена задача вирішується тим, що матеріал для термопар та термоелементів, до складу якого входить нікель і цирконій, додатково містить олово при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): цирконій 33,9233,2: нікель 23,52 421,93 олово решта. Авторами запропоновано матеріал для термопар та термоелементів, який містить нікель і цирконій, але на відміну від прототипу додатково введено олово. Це дало змогу значно збільшити термоерс при температурі 400 К. Отримання сплавів і вибір граничних концентрацій компонентів можна проілюструвати прикладом. Композиції сплавів для дослідження одержують сплавленням вихідної шихти в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Як вихідні компоненти використовують: цирконій йодидний (99,97 % Zr), нікель Н0 (99,99 % Ni), олово ОВЧ-000 (99,999 % Sn). Наважки компонентів сплавляють в електродуговій печі. Одержані злитки відпалюють при температурі 800±10 °C у вакуумованих кварцових ампулах протягом 750±5 годин. Після відпалу зразки гартують у холодній воді. Однофазність сплавів підтверджують за масивами рентгенівських даних, отриманих на порошковому дифрактометрі ДРОН-4,0 (Fe K - випромінювання). Після цього за допомогою електроіскрової різки вирізають зразки у формі паралелепіпеда (0,80-1,20) ± 0,01  (0,80-1,20) ±0,01  (5,00-9,00) ± 0,01 мм для вимірювання термоерс відносно міді у діапазоні температур 80400 К з використанням цифрового мікровольтметра МВЦ-109. Вибір розмірів зразка обумовлений технічними характеристиками приладу та способом вимірювання. Одержання сплавів і вибір граничних меж компонентів можна проілюструвати прикладом. Приклад Наважки цирконію йодидного, нікелю Н0, олова ОВЧ-000 кількістю (мас. %) 33,92, 21,93, 44,14 відповідно сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Одержаний злиток піддають гомогенізуючому відпалу при температурі 800±10 °C у вакуумованій кварцовій ампулі протягом 750±5 годин. Після відпалу зразок гартують у холодній воді. Потім електроіскровою різкою вирізають зразок у вигляді прямокутного паралелепіпеда з наступною обробкою шліфуванням із розмірами 1,151,127,19 мм для вимірювання термоерс відносно міді у діапазоні температур 80400 К. Значення термоерс при температурі 400 К дорівнює - 344,0 мкВ/К. Результати вимірювань термоерс відносно міді та приклади вагових складів сплавів зведено у таблицю. Таблиця Склад матеріалу, мас. % Приклад 1 2 3 4 5 6 7 Прототип 35 цирконій нікель олово 33,92 33,89 33,81 33,74 33,59 33,38 33,23 решта 21,93 22,02 22,19 22,36 22,69 23,19 23,52 16,9216,99 сурма ербій 44,14 44,10 44,00 43,90 43,71 43,43 43,25 35,0935,25 47,7346,97 Термоерс, мкВ/К (при 400 К) -344,0 -314,8 -276,2 -299,8 -283,2 -205,9 -208,4 -145,5 Наведені приклади підтверджують одержання передбачуваного технічного результату, а саме збільшення термоерс та здешевлення матеріалу через заміну дорогого ербію на значно дешевше олово. 2 UA 74677 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Матеріал для термопар та термоелементів, що містить цирконій і нікель, який відрізняється тим, що додатково містить олово за наступним співвідношенням компонентів (мас. %): цирконій 33,9233,23 нікель 23,5221,93 олово решта. 5 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3