Сплав на основі сурми

Реферат: Сплав на основі сурми включає ванадій, залізо, титан, за такого вмісту компонентів (мас. %): ванадій 22,29-22,31 титан 0,10-0,43 залізо 23,96-24,32 сурма решта. UA 99466 U (54) СПЛАВ НА ОСНОВІ СУРМИ UA 99466 U UA 99466 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 термоелектричних генераторів або термоелектричних охолоджуючих пристроїв. Відомий термоелектричний матеріал для термогенераторів - твердий розчин заміщення на базі напівпровідника (Ті, Zr, Hf) (Co, Ni)Sb зі структурою типу MgAgAs складу Tі0.5Zr0.25Hf0.25Co1xNixSb, де х= 0; 0,01: 0.03; 0.05 (W. Xie, Q. Jin, X. Tang. The preparation and thermoelectric properties of Tі0.5Zr0.25Hf0.25Co1-xNixSb half-Heusler compounds // Journal of Applied Physics 103, 043711 (2008)), що містить титан, цирконій, гафній, кобальт, нікель і сурму за такого вмісту компонентів у ваг. %, відповідно: титан 8,80 цирконій 8,38 гафній 16,40 кобальт 21,66-20,58 нікель 0-1,08 сурма 44,75. 2 Максимальне значення силового фактора для цих сплавів становить 16,3 мкВт/(K ·см) при x=0,05. Відомий термоелектричний матеріал (патент України на корисну модель № 50790, С22С 13/00), який містить нікель, олово, ванадій і титан за такого вмісту компонентів (ваг. %): нікель 25,80-25,67 олово 52,71-52,72 ванадій 0,23-0,34 титан решта. 2 Даний термоелектричний сплав має значення величини силового фактора 20,7 мкВт/(K ·см) при температурі 300 K. Відомий термоелектричний матеріал для термогенераторів твердий розчин заміщення на базі інтерметалічного напівпровідника (Hf, Zr)Co(Sb, Sn) зі структурою типу MgAgAs складу Hf0,50Zr0,50CoSb1-хSnх, де x=0; 0,1; 0.2; 0.3; 0,5. (S.R. Culp, J.W. Simonson, S.J. Poon et al. (Hf, Zr)Co(Sb, Sn) half Heusler phases as high-lemperature (>700 °C) р-type thermoelectric materials // Applied Physics Letters 93, 022105 (2008)), що містить гафній, цирконій, кобальт, олово і сурму за такого вмісту компонентів, у мас. %, відповідно: гафній 28,28-28,42 цирконій 14,46-14,53 кобальт 18,68-18,77 сурма 19,39-38,58 олово 0-18,9. 2 Максимальна величина силового фактора для цих сплавів складає 18,7 мкВт/(K ·см) при х= 0,5. Відомий термоелектричний матеріал для термогенераторів - твердий розчин заміщення на базі напівпровідника (Zr, Hf)(Co, Ir)(Sb, Sn) зі структурою типу MgAgAs складу Zr0.5Hf0.5Co1хlrхSb0.99Sn0.01, де х= 0; 0,1; 0,3; 0,5; 0.7 (Ν.J. Takes, P. Sahoo, D. Misra et al. Effects of Ir substitution and processing conditions on thermoelectric performance of p-tуре Zr0.5Hf0.5Co1хlrхSb0.99Sn0.01 half-Heusler alloys //.I. Electron. Mater. DOI: 1-.1007/s 11664-010-1501-0 (2011) TMS), що містить цирконій, гафній, кобальт, іридій, сурму і олово за такого вмісту компонентів, у ваг. %. відповідно: цирконій 14,46-14,04 гафній 28,29-27,47 кобальт 18,68-16,87 іридій 0-4,14 сурма 38,20-37,11 олово решта. 2 Максимальна величина силового фактора для цих сплавів складає ~ 5 мкВт/(K ·см) при х= 0,7, проте вміст високовартісного іридію знижує практичне використання цього матеріалу. Відомий термоелектричний матеріал на основі сполуки TiCoSb зі структурою типу MgAgAs складу Ті0,6Zr0.4Со1-yNiySb і Tі0,6Ηf0.4Сo1-zΝizSb, де у=0; 0,1; 0,3; 0,7, z=0,08; 0,13 (Pengfei Qiu, Xiangyang Huang, Xihong Chen, and Lidong Chen. Enhanced thermoelectric performance by the combination of alloying and doping in TiCoSb-based half-Heusler compounds // Journal Applied of Physics 106, 103703 (2009)), що містить титан, цирконій, кобальт, нікель і сурму за такого вмісту компонентів, у ваг. %, відповідно: титан 11,68 1 UA 99466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 цирконій 14,84 кобальт 23,73-22,29 нікель 0,24-1,67 сурма 49,51 або титан 10,23 гафній 25,43 кобальт 19,31-18,26 нікель 1,67-2,72 сурма 43,36. Максимальна величина силового фактора для цих сплавів складає не більше 12,7 2 мкВт/(K ·см) при 300 K. Найближчим за технічними характеристиками найближчим аналогом є сплав VFeSb зі структурою типу MgAgAs (Stadnyk Yu., Romaka L., Gorelenko Yu… Tkachuk Α., Pierre J. Crystal structure and clectrokinetic properties of VFеSb compound // International Conference on Thermoelectrics / Proceedings. 8-1 1 June 2001-Beijing, China, 2001. P. 251-253), що містить ванадій, залізо і сурму за такого вмісту компонентів, у ваг. %, відповідно: ванадій 22,29 залізо 24,44 сурма 53,27. 2 Даний термоелектричний сплав має значення величини силового фактора 18,6 мкВт/(K ·см) при температурі 300 K. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити термоелектричний сплав шляхом підбору новою складу компонентів, який дозволив би підвищити значення силового фактора при температурі 300 К. Поставлена задача вирішується тим, що термоелектричний сплав на основі сурми додатково містить титан, за такого вмісту компонентів (ваг. %): ванадій 22,29-22,31 титан 0,10-0,43 залізо 23,96-24,32 сурма решта. Авторами запропоновано сплав, який містить ванадій, залізо ι сурму, але на відміну від найближчого аналога додатково введено титан. Це дало змогу значно збільшити силовий фактор при температурі 300 K. 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 1000 годин. Після відпалу зразки гартують у холодній воді, без розбивання ампул. Чистоту отриманих зразків сплавів контролюють рентгенівським методом за дифрактометричними даними, отриманими на порошковому дифрактометрі HZG-4а (Сu Κα - випромінювання). Після рентгенофазового аналізу, який підтвердив, що зразки є однофазними і кристалізуються у структурному типі MgAgAs, електроіскровою різкою вирізають зразки правильної геометричної форми для вимірювання термоерс відносно міді і питомого електроопору у діапазоні температур 80400 K. З отриманих величин питомого електроопору та термоерс розраховують величину силового фактора Ζ* (Ζ* = 2 2 α /ρ, мкВт/(К ·см), де α - термоерс, ρ - питомий електроопір). Одержання сплавів і вибір граничних меж компонентів можна проілюструвати прикладом. Приклад Наважки титану йодидного, ванадію марки ВЭЛ-1, заліза карбонільного, сурми марки Су000 кількості 0,42, 22,31, 23,96, 53,31, відповідно, сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Одержаний злиток піддають гомогенізуючому підпалу при температурі 600 °C у вакуумованій кварцовій ампулі протягом 1000 годин. Після відпалу зразок гартують у холодній воді, без розбивання ампули. Потім електроіскровою різкою вирізають зразок правильної геометричної форми (1,24  1,21  9,68 мм) для вимірювання термоерс відносно міді і питомого електроопору в діапазоні температур 80÷400 K. Значення силового фактора у даному випадку при температурі 300 K 2 дорівнює 30,4 мкВт/(K ·см). 2 UA 99466 U Результати отриманих величин силового фактора при температурі 300 K і приклади вагових складів сплавів зведено у таблицю. Таблиця Приклад Прототип 1 2 3 4 5 Силовий фактор, 2 мкВт/(K ·см) (при 300 K) Склад матеріалу, мас. % ванадій 22,29 22,29 22,30 22,3 1 22,31 титан 0,10 0,21 0.42 0,63 залізо 24,44 24,32 24,20 23,96 23,73 сурма 53,27 53,28 53,29 53,3 1 53,33 18,6 28,6 29,9 30,6 5,7 Наведені приклади підтверджують одержання передбачуваного технічного результату. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Сплав на основі сурми, що включає ванадій, залізо, який відрізняється тим, що додатково уведено титан, за такого вмісту компонентів (мас. %): ванадій 22,29-22,31 титан 0,10-0,43 залізо 23,96-24,32 сурма решта. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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