[发明专利]粉末热电材料制造装置及使用该装置的粉末热电材料制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制作进行热能与电能之间的转换的热模件的粉末热电材料的制造装置及制造方法。    

背景技术

热电现象为塞贝克现象、珀耳帖现象、汤姆孙现象的总称，利用该现象的元件称为热电元件、热电偶、电子冷却元件等。热电现象本来为在异种金属间发现的现象，但近年来已可获得半导体的热电材料，从而可获得不能由金属材料获得的转换效率。利用热电半导体材料的热电元件的构造简单而且容易处理，可维持稳定的特性，所以，在广泛的范围内的利用受到注目。特别是可以进行局部冷却和室温附近的精密温度控制，所以，对于在光电子和半导体激光器的温度调节和小型冰箱的应用，进行了广泛的研究开发。

在热电元件的制造过程中，过去采用的方法是按规定组成称量原材料，加热使其熔化，然后使其凝固，制作固溶体锭子，再使固溶体锭子粉末化，随后进行烧结，并将其切成薄片或切成块。在上述工序中，作为使热电材料粉末化的方法，具有粉碎固溶体锭子、由筛进行整粒的方法。然而，按照该方法，由于是粉碎固体材料，所以粉末成为鳞片状，在整粒工序中出现筛网眼堵塞，在压缩粉末工序中导致在金属模的充填率下降。

为了改善这样的问题，具有在热电元件的制造中使用球状粉末热电材料的方法。例如，在日本专利申请公开(特开)平4-293276号公报中公开了球状粉末热电材料的制造方法。在现有技术中，球状粉末热电材料通过称为回转圆盘法(或离心喷雾法)的方法获得，在该方法中，混合和熔化规定的原材料，使获得的熔体滴下到由金属材料或陶瓷材料制作的回转圆盘，使其溅开。

在利用球状粉末热电材料制作热电模件的场合，已知粉末直径越小越可实现性能好的模件。因此，为了制作例如40μm以下的微小粉末热电材料，需要使圆盘高速回转。

为了使圆盘高速回转以获得粉末热电材料，圆盘存在应满足的条件。即，圆盘应满足以下条件等：(1)轻量并具有足够的机械强度以经受高速回转，(2)具有可承受熔化的热电材料的高温的耐热性和耐热冲击性，热膨胀系数小，(3)为了防止热电材料的熔体在圆盘上凝固，圆盘全体的热容量小，(4)与热电材料的熔体的反应性小，不会在热电材料中混入杂质。

然而，现有技术的圆盘由于直径和质量大，所以难以高速回转。另外，由于使用金属和陶瓷作为圆盘材料，所以圆盘的热容量大，热电材料的熔体的热由圆盘吸走，熔体易在圆盘上凝固。结果，圆盘变得更重，难以高速回转，圆盘的回转平衡易于破坏。另外，也成为粉末热电材料的成品率下降的原因。

为了改善这些方面，例如为了可高速回转、减小热容量而使圆盘变轻时，圆盘变薄，从而机械强度下降。相反，当要保持机械强度时，圆盘的惯性质量和热容量变大。另外，当使用金属材料作为圆盘材料时，由于热膨胀系数大，所以热应力使材料变形，耐久性可能变差。特别时将铁或钛作为材料时，易于与热电材料的熔体反应，所以热电材料的成分变化。因此，到目前为止，还没有发现完全满足上述所有条件的圆盘材料。

另外，还组合2种材料制作了圆盘。例如，在日本特开平2-145710号公报中记载有由绝热材料覆盖金属圆盘、由金属保持件对其周围进行保持的构造。另外，在日本特开平7-34102号公报中记载有将陶瓷层配置到轻量的钛合金表面的构造。然而，在上述现有构造中，由于圆盘较大，所以不能高速回转，最大回转速度例如为15,000rpm左右，最小粒径也只能为130μ m左右。另外，还留下熔体的热易被圆盘吸走、熔体易于凝固、粉末成品率下降的问题。

本发明就是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种粉末热电材料制造方法及装置，该粉末热电材料制造方法在由回转圆盘法制作粉末热电材料时，使用轻量而且强度大、膨胀系数小、具有与材料的反应性小的性质的材料，而且使用可减小热容量地进行设计的圆盘，从而可防止熔体凝固，并可由高速回转制作粉末，可制造高成品率的微粉。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的粉末热电材料制作装置包括用于混合具有规定成分的原材料并加热使其熔化的容器、用于注入加热熔化的原材料的熔体的漏斗或浇注口、及用于使浇注的熔体溅开的由氮化硅或包含氮化硅的材料制作的回转圆盘。上述回转圆盘也可由含90％以上的氮化硅的材料制作。

另外，本发明的粉末热电材料制造方法包括混合具有规定成分的原材料并加热使其熔化的工序，将加热熔化的原材料的熔体浇注到由氮化硅或包含氮化硅的材料制作的回转圆盘的工序，及由上述回转圆盘使浇注的熔体溅开、微小球状化、冷却从而制作球状粉末热电材料的工序。上述回转圆盘也可由含90％以上的氮化硅的材料制作。