Сплав на основі олова

Реферат: Сплав на основі олова, що містить нікель, мідь, причому додатково уведено титан. UA 122642 U (12) UA 122642 U UA 122642 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель стосується 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, HO (Co, Ni)Sb зі структурою типу MgAgAs складу Ti0,5Zr0,25Hf0,25Co1…хNiхSb, де х=0; 0,01; 0,03; 0,05 (W. Xie, Q. Jin, X. Tang. The preparation and thermoelectric properties of Ti0,5Zr0,25Hf0,25Co1-хNiхSb half-Heusler compounds// J. Appl. Phys. 103, 043711 (2008)), що містить титан, цирконій, гафній, кобальт, нікель і сурму за такого вмісту компонентів у мас. %. 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/(К см) при х=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 (мас. %): Нікель 25,80-25,67 Олово 52,71 -52,72 Ванадій 0,23-0,34 Титан решта 2 Термоелектричний сплав має значення величини силового фактора 20,7 мкВт/(К см) при температурі 300 К. Відомий термоелектричний матеріал на основі сполуки TiCoSb зі структурою типу MgAgAs складу Ti0,6Zr0,4Co1-yNiySb і Ti0,6Hf0,4Co1-zNizSb, де у=0; 0,1; 0,3; 0,7, z=0,08; 0,13 (P. Qiu, X. Huang, X. Chen, L. Chen. Enhanced thermoelectric performance by the combination of alloying and doping in TiCoSb-based half-Heusler compounds// J. Appl. Phys. 106, 103703 (2009)), що містить титан, цирконій, кобальт, нікель і сурму за такого вмісту компонентів у мас. %, відповідно: Титан 11,68 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 становить не більше 12,7 2 мкВт/(К см) при 300 К. Відомий термоелектричний сплав (патент України на корисну модель № 67866, С22С 13/00, С22С 30/00), який містить цирконій, нікель, вісмут і олово, за такого вмісту компонентів (мас. %): Цирконій 33,85-32,86 Нікель 21,78-21,14 Вісмут 0,78-7,53 Олово решта Термоелектричний сплав має максимальне значення величини силового фактора 24,67 2 мкВт/(К см) при температурі 380 К. Найближчим за складом та технічними характеристиками - прототипом є термоелектричний матеріал на основі олова ZrNi1-yCuySn, де у=0; 0,005; 0,02; 0,04 (S. Katsuyama, H. Matsushima, M. Ito. Effect of substitution for Ni by Co and/or Cu on the thermoelectric properties of half-Heusler ZrNiSn// J. Alloys Compd. 385 (2004) P. 232-237), що містить цирконій, нікель, мідь і олово за такого вмісту компонентів у мас. %, відповідно: Цирконій 33,96-33,94 Нікель 21,85-20,96 Мідь 0-0,94 Олово решта 1 UA 122642 U Максимальна величина силового фактора для цих сплавів становить 16,5 мкВт/(К см) при у=0,02, але такі зразки вимагають складного багатоступеневого синтезу: сплавлення шихти в електродуговій печі, подрібнення отриманих зразків, пресування їх у таблетки, повторне сплавлення, знову подрібнення до дрібнопорошкового стану і плазмо-розрядне спікання під високим тиском у вакуумі з наступним відпалом у вакуумованих кварцових ампулах, що значно підвищує собівартість матеріалу. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалити сплав на основі олова шляхом підбору нового складу компонентів, який дасть змогу підвищити значення силового фактора при температурі 380 К. Поставлене завдання досягається тим, що термоелектричний сплав на основі олова додатково містить титан за такого вмісту компонентів (мас. %): Титан 21,25-21,21 Нікель 26,05-23,40 Мідь 0,14-2,81 Олово решта Авторами запропоновано сплав, який містить нікель, мідь і олово, але на відміну від прототипу додатково введено титан. Це дало змогу значно збільшити силовий фактор при температурі 380 К за однакової з прототипом кількості компонентів, але простому методі синтезу, який передбачає лише електродугове сплавлення компонентів з наступним гомогенізуючим відпалом. Фіг. 1. Температурна залежність питомого електроопору () для всіх досліджуваних вагових складів. Фіг. 2. Температурна залежність термоерс (S) для всіх досліджуваних вагових складів. 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), нікель (99,99 % Ni), мідь (99,99 % Сu), олово (99,999 % Sn). Наважки компонентів сплавляють в електродуговій печі. Одержані злитки відпалюють при температурі 800 °C у вакуумованих ампулах з кварцового скла 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 ДРОН 4-07 (Fe°K 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 К. З отриманих величин питомого електроопору та 2 2 термоерс розраховують величину силового фактору Z* (Z*=S /, мкВт/(К см), де S - термоерс,  - питомий електроопір). Одержання сплавів і вибір граничних меж компонентів можна проілюструвати прикладом. Наважки титану йодидного, нікелю, міді і олова у кількості 21,25, 25,79, 0,28, 52,68, відповідно, сплавляють в електродуговій печі з вольфрамовим електродом у захисній атмосфері очищеного аргону. Одержаний злиток піддають гомогенізуючому відпалу при температурі 800 °C у вакуумованій кварцовій ампулі протягом 1000 годин. Після відпалу зразок гартують у холодній воді, без розбивання ампули. Для проведення фазового аналізу із порошку сплаву на дифрактометрі ДРОН 4-07 (Fc К-випромінювання) отримують масив дифрактометричних даних, розрахунок яких підтверджує, що сплав є однофазним і кристалізується у структурному типі MgAgAs. Потім електроіскровою різкою вирізають зразок правильної геометричної форми 1,26×1,20×7,40 мм для вимірювання термоерс відносно міді і питомого електроопору в діапазоні температур 80-400 К. Значення силового фактору у даному 2 випадку при температурі 380 К дорівнює 34,54 мкВт/(К см). Результати вимірювань температурної залежності питомого електроопору () і термоерс (S) для всіх досліджуваних вагових складів наведені на Фіг. 1 і 2, відповідно. Результати отриманих величин силового фактора при температурі 380 К і приклади вагових складів сплавів зведено у таблицю. 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 2 UA 122642 U Таблиця Склад матеріалу, мас. % Приклад Прототип 1 2 3 4 5 цирконій титан нікель мідь олово 33,95 21,25 21,25 21,24 21,23 21,21 21,40 25,92 25,79 25,25 24,72 23,40 0,47 0,14 0,28 0,85 1,41 2,81 44,18 52,69 52,68 52,66 52,64 52,56 Силовий фактор, мкВт/(К -см) (при 380 К) 16,50 23,63 34,54 27,14 21,65 19,04 Наведені приклади підтверджують одержання передбачуваного технічного результату. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Сплав на основі олова, що містить нікель, мідь, який відрізняється тим, що додатково містить титан за такого вмісту компонентів (мас. %): титан 21,25-21,21 нікель 26,05-23,40 мідь 0,14-2,81 олово решта. 3 UA 122642 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4