[发明专利]铬镍系奥氏体不锈钢合金用于热电材料电极的应用及Mg3

说明书

本发明提供了一种铬镍系奥氏体不锈钢合金用于热电材料电极的应用及Mg₃Sb₂热电接头，所述其从上至下依次包括上电极层、热电材料层和下电极层，所述上电极层、下电极层的材质采用铬镍系奥氏体不锈钢合金，所述热电材料层为Mg₃Sb₂基热电材料，所述上电极层、热电材料层和下电极层依次叠放后通过烧结得到Mg₃Sb₂热电接头。采用发明的技术方案的热电接头具有较低的界面接触电阻，较高的连接强度以及良好的界面稳定性，能够有效提高Mg₃Sb₂基热电器件的可靠性和服役寿命，而且制备方法工艺简单、成本较低、适合工业化生产。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，尤其涉及一种铬镍系奥氏体不锈钢合金用于热电材料电极的应用及Mg₃Sb₂热电接头。

背景技术

在能源危机和环境污染问题的压力下，安全、环保、可再生清洁能源已成为当今能源发展的主题。热电材料是一种能够实现热能和电能相互转化的功能材料，可用于太阳能、工业余热、汽车排放废热的转化利用及热电制冷等许多领域。采用热电材料制造的制冷和发电系统具有体积小、重量轻、使用寿命长、工作中无噪音、无污染等优点，目前热电器件在发电与制冷领域广泛的应用前景。

对于热电材料而言，当负载电阻R_l与器件内阻R的比值满足时，热电器件的最大转换效率为：

热电器件的性能由无量纲优值ZT_Device＝ZT_Material·L/(L+2ρ_c·σ)表征，其中L是热电支脚的长度，ZT_Materia是热电材料在高温端和低温端之间的有效转换参数，σ是热电材料的电导率，ρc是热电材料与电极材料之间的接触电阻。接触电阻的存在，会使器件在界面处产生额外的功率损耗，使实际热电器件的转换效率下降。为了减少热电器件在输出功率上的损失，有必要将接触电阻率控制在相对可忽略的水平内。

此外，热电接头必须具备一定的连接强度。界面处元素的扩散固溶有利于获得更紧密的连接，达到较高连接强度。但是当元素相互扩散后形成的界面新相对接头力学性能有较大影响。热电器件往往需要长时间服役在极端温度条件下，高温端热电接头由于较高的热流输入，元素的剧烈扩散与中间相的大量形成是导致器件效率降低乃至失效的主要原因，因此需要保证热电器件高温长时间服役的可靠性。调控接头界面元素的扩散程度，实现具有一定连接强度的高热稳定性接头是热电器件研究的重难点之一。实现低接触电阻、高连接强度以及高温服役热稳定性是热电器件连接的要求，但目前很多热电材料的电极连接还远未达到这个要求。因此，寻找匹配的电极材料以及合适的连接工艺是开发热电器件的一个重要研究方向。

Mg₃Sb₂基热电材料是一类室温附近和中温区热电性能均优良的热电材料，且具有无毒，廉价等优异特点，非常适合于室温到中温区热电发电与热电制冷。但目前Mg₃Sb₂基热电材料还没有实现器件应用的转化，主要存在的问题在于合适的电极材料的选择与制备。电极与热电材料的连接界面的界面接触电阻率、热应力匹配、高温稳定性等都会对热电器件的性能和可靠性产生重要影响。对于新型Mg₃Sb₂基热电材料，目前没有针对其电极连接的报道，由于缺少合适的电极结构，阻碍了Mg3Sb2基材料向器件应用的转化。另外，高效可靠的热电材料连接需要具备较低的接触电阻率、高的连接强度以及长时间服役热稳定性，目前还没有同时满足以上三个条件的电极连接。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了铬镍系奥氏体不锈钢合金用于热电材料电极的应用及Mg₃Sb₂热电接头，具有较低的界面接触电阻，较高的连接强度以及良好的界面稳定性。

对此，本发明采用的技术方案为：