Термоелектричний сплав

Реферат: Термоелектричний сплав як основу містить сплав титану, заліза і сурми та додатково містить ванадій. UA 93932 U (54) ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ СПЛАВ UA 93932 U UA 93932 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до матеріалознавства, а саме нових інтерметалічних термоелектричних сплавів і може бути використана при виготовленні термоелектричних приладів як термоелектричний матеріал або у термоелектричних генераторах для прямого перетворення теплової енергії в електричну. Відомий сплав системи галій - нікель - сурма (Леонова В.В., Кравцов Н.Н. Свойства сплавов тройной системы InSb-GaSb-NiSb // Изв. АН СССР Неорган, матер. 1983. Т. 19. № 9. С. 15831584), що містить, ваг. %: галій 32,40÷34,22 сурма 64,02÷63,83 нікель решта. Цей сплав має термо-ЕРС, яка не перевищує 42 мкВ/К у всій вказаній області існування. Відомий термоелектричний сплав твердих розчинів TiCo1-xNixSnxSb1-x (Joachim Barth, M. Schoop, Andrei Gloskovskii, Andrey Shkabko, Anke Weidenkaff, and Claudia Felser. Investigation of the Thermoelectric Properties of the Series TiCo1-xNixSnxSb1-x // Z. Anorg. Allg. Chem. 2010, 636, 132136), що містить, ваг. %: титан 21,01-21,24 кобальт 1,31-20,69 нікель 5,15-24,73 сурма 2,70-42,74 олово решта. Цей сплав має термо-ЕРС, яка не перевищує 99 мкВ/К при 400 К. Відомий термоелектричний сплав (а.с. СССР № 1689416, С22С19/00, 1991 p.), що містить лютецій, сурму і нікель за наступного співвідношення компонентів, ваг. %: лютецій 48,71÷49,71 сурма 33,76÷34,76 нікель решта. Вказаний термоелектричний сплав містить велику кількість, майже 50 %, дуже дорогого металу лютецію, а його термо-ЕРС не перевищує 134.4 мкВ/К при температурі 400 К. Відомий термоелектричний сплав (а.с. СССР № 1585365 С22С5/04, 1990 р.), що містить титан, галій, родій за наступного співвідношення компонентів, ваг. %: титан 19,96÷23,01 галій 29,02÷35,59 родій решта. Вказаний термоелектричний сплав має термоелектрорушійну силу, що не перевищує -68.9 мкВ/К при 400 К, і містить значну кількість дорогого металу родію. Відомий термоелектричний сплав твердих розчинів Tix(ZrHf)0.99-xV0.01Ni0.9Pd0.1Sn0.99Sb0.01 (Ping-Jen Leea, Shih Chun Tseng, Long-Sun Chaoa. High-temperature thermoelectric properties of Tix(ZrHf)0.99-xV0.01Ni0.9Pd0.1Sn0.99Sb0.01 half-Heusler alloys // Journal of Alloys and Compounds 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 сурма 0,45-0,39 олово решта. Цей сплав має термо-ЕРС, яка не перевищує -152 мкВ/К при 400 К. Найближчим за технічними характеристиками - прототипом є термоелектричний сплав на основі титану (патент України № 17822 А С22С19/00, 1997 р.) що містить нікель, сурму, залізо, титан за наступного співвідношення компонентів, ваг. %: нікель 2,60-10,35 сурма 53,70-53,95 залізо 14,80-22,25 титан решта. Даний термоелектричний сплав має значення термо-ЕРС 72÷118 мкВ/К при температурі 400 К. Максимальне значення термо-ЕРС цього термоелектричного сплаву складає не більше 118 мкВ/К при температурі 400 К. 1 UA 93932 U 5 10 15 20 25 В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити термоелектричний сплав шляхом підбору нового складу компонентів, який дозволив би підвищити значення термо-ЕРС при температурі 400 К. Поставлена задача вирішується так, що запропонований сплав, який містить сурму, залізо і титан додатково введено ванадій при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: титан 0,63-5,26 ванадій 16,77-21,63 залізо 24,45-24,52 сурма решта. Авторами запропоновано сплав, який містить титан, залізо і сурму, але на відміну від прототипу додатково введено ванадій. Це дало змогу значно збільшити термо-ЕРС при температурі 400 К. Композиції сплавів для дослідження одержують сплавленням вихідної шихти в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Як вихідні компоненти використовують: титан йодидний (99,97 % Ті), ванадій марки ВЭЛ-1 (99,85 % V), залізо карбонільне (99,99 % Fe), сурма марки Су000 (99,99 % Sb). Наважки компонентів сплавляють в електродуговій печі. Одержані злитки відпалюють при температурі 600 °C у вакуумованих кварцових 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 термо-ЕРС відносно міді в діапазоні температур 80÷400 К. Одержання сплавів і вибір граничних меж компонентів можна проілюструвати прикладом. Приклад Наважки титану йодидного, ванадію марки ВЭЛ-1, заліза карбонільного, сурми марки Су000 кількості 0,63, 21,63, 24,45, 53,29, відповідно, сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом в захисній атмосфері очищеного аргону. Одержаний злиток піддають гомогенізуючому відпалу при температурі 600 °C 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 (1,20×1,22×8,44 мм) для вимірювання термо-ЕРС відносно міді в діапазоні температур 80÷400 К. Значення термо-ЕРС у даному випадку при температурі 400 К дорівнює 331,7 мкВ/К, що значно перевищує це ж значення у прототипі. Результати вимірів термо-ЕРС відносно міді та приклади вагових складів сплавів зведено в таблицю. 30 Таблиця Приклад 1 2 3 4 5 6 Прототип титан 0,63 1,68 2,10 3,15 4,20 5,26 решта ванадій 21,63 20,53 20,09 18,98 17,88 16,77 Склад матеріалу, мас. % залізо сурма нікель 24,45 53,29 24,46 53,33 24,47 53,34 24,49 53,38 24,50 53,42 24,52 53,45 53,7014,80÷22,25 2,60÷10,35 53,95 Термоерс, мкВ/К (при 400 К) 331,7 274,1 268,2 227,4 211,5 197,6 72÷118 Наведені приклади підтверджують одержання передбачуваного технічного результату. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Термоелектричний сплав, що як основу містить сплав титану, заліза і сурми, який відрізняється тим, що додатково містить ванадій за наступного співвідношення компонентів (ваг. %): титан 0,63-5,26 ванадій 16,77-21,63 залізо 24,45-24,52 сурма решта. 2 UA 93932 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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