[发明专利]一种锑化钴基热电器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锑化钴CoSb₃基热电器件的制备方法，更确切地说本发明涉及锑化钴热电材料与电极的连接方法，属于CoSb₃基热电器件的制备技术领域。

背景技术

热电材料是一种直接将热能和电能相互转化的功能材料，它利用本身的Seebeck效应将热能直接转化为电能。随着全球环境污染和能源危机的日益严重，使得设计和制备热电器件越来越收到世界各国的重视。由热电材料制成的制冷和发电器件体积小，重量轻，无任何机械传动部分，工作中无噪声，使用寿命长，特别适合航天，废热余热发电，汽车尾气，地热等领域。热电材料的性能特性由热电优值(ZT)来表征，其中ZT＝S²T/ρκ，S为赛贝克系数，ρ为电阻率，κ为热导率，T为绝对温度。

锑化钴基化合物热电材料被认为是最有前途的中温发电材料之一，且目前P型或N型的锑化钴基化合物其热电优值(ZT)都已经达到了1.0以上，但由于使用温度较高，低温热电器件应用的Sn合金焊料在中温热电器件不再适用，因此锑化钴基热电器件制备受限于高温端的连接技术而进展缓慢。由于中温领域的热电发电在空间电源，工业废热，汽车尾气方面具有广阔的应用前景，发达国家都开始越来越重视对锑化钴基热电器件制备技术的研究。目前，国外美国JPL实验室已经对锑化钴基热电器件乃至锑化钴基放射性同位素发电器(RTG)进行了大量研究，但各种具体技术由于涉及军事原因对外严格保密，现在，各个国家公开的有关锑化钴基热电器件的文献报导主要涉及器件制备的原理概念以及单纯对P、N热电对的发电测量上，如专利US20020176815A1，US2006157101A1，文献Efficient segmentedthermoelectric unicouples for space power applications，Energ Convers Manage，44(2003)和

H.H.Saber，M.S.Elgenk，T.Caillat，Tests results of skutterudite basedthermoelectric unicouples，Energ Convers Manage，48(2007)等，对于具体的制造工艺都未见详细报导。国内关于锑化钴基热电器件的研究大量集中在热电材料的研究，对于器件的制备则刚刚起步，上海硅酸盐研究所在热电器件方面做了大量的工作，如CN1585145A，US20060017170A1，200710037778.X等。本发明拟在已有的工作基础上提供了一种锑化钴基热电器件的制造方法，该方法的制备特征在于热电器件是在P-N热电块体两端面电极连接完毕后线切割而成，可以最大程度的保证了电极的良好接触。其中高温端采用MoCu合金电极，近共晶的Ag-Cu焊片，Mo、W等扩散阻挡层通过等离子喷涂形成，通过SPS快速焊接而成，而低温端采用传统Sn-Pb焊料与Cu片锡焊连接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CoSb₃基热电器件的制造方法，也即提供了一种锑化钴热电材料与电极的连接方法，所提供的连接方法，在于首先用放电等离子体(SPS)方法烧结制备出P-N的热电块体，在两端面和电极连接完毕后，再通过线切割沿PN界面处切割而成。通过在热电块体上等离子喷涂一的扩散阻挡薄层，有效的阻挡了热电半导体器件的一个或多个元素的扩散，使得所制备的器件具有可靠的热性能。其次扩散阻挡层的使用将使热电半导体与金属电极之间的连接转化为金属与金属的连接过程，使得器件的焊接更加简便。采用的近共晶的Ag-Cu焊片不仅能够满足锑化钴基热电器件高温端500-600℃的温度使用范围，更为其它中温热电材料器件的制备提供了良好的焊接材料，而电极材料选用与锑化钴热膨胀系数相近的Mo-Cu合金材料，最大程度的实现了热匹配，减少了因热失配而产生的热应力。

利用本发明可以通过合理设计尺寸一次形成单对或多对π形热电器件，可以使得通过焊接单个P型和N型脚制备单对热电器件的方法简单化，且由于是在热电材料大块体焊接完电极切割形成，最大程度的保证了两端电极接触的良好。

本发明提供的锑化钴基热电器件的制作工艺包含以下步骤：