[发明专利]一种热电磁制冷器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热电磁制冷元器件及其制备方法，制备方法包括热电磁块体材料的制备、粒籽加工切割、粒籽表面处理和器件组装集成步骤，其中热电磁制冷元器件包括电极块及对称连接至其一侧的n型热电磁致冷臂和p型热电磁致冷臂。本发明针对热电磁全固态制冷元器件的形状特点，开发了一种Π型热电磁元器件及其集成制造方法，该方法可高效实现热电磁全固态制冷器件的加工制造，具有成品率高、操作简单、可批量制造等优势；通过通过对热电磁块体材料的组成和结构进行设计和优化，可有效保证所得器件散热端的磁热效应散热速度，有效降低磁热效应的热阻；可为高性能热电磁制冷元器件及其制备提供技术支撑。

技术领域

本发明属于功能器件及其制造技术领域，具体涉及一种热电制冷器件及其制备方法。

背景技术

热电磁全固态制冷器件是一种能够实现热电磁能量转换的电子设备，具有无活动部件、易维护和体积小等优势，在热电磁能量转换制冷、加热和双向控温等领域具有广泛应用。

热电磁全固态制冷器件为可以实现热电制冷和磁制冷的全新结构能量转换器件，具有更高的制冷效率。热电磁全固态制冷器件结构复杂，由多个热电磁制冷元件通过电极串联或者并联而成，其中每个热电磁制冷元件由1个n型和1个p型热电磁材料通过电极串联成Π型结构。

然而，传统常规的热电器件所用粒籽为长方体，与新型热电磁全固态制冷器件中的粒籽大小和形状均存在较大差异，因而传统热电器件的加工方法和集成技术均不再适用。针对新型热电磁全固态制冷器件的形状特点，本发明开发了一种热电磁能量转换全固态制冷器件及其的集成制造方法，该方法可高效实现热电磁全固态制冷器件的加工制造与集成，同时表现出良好的制冷性能。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种热电磁能量转换全固态制冷器件及其制备方法，该方法具有成品率高、操作简单、可批量制造等优势，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热电磁制冷元器件的制备方法，包括热电磁块体材料的制备、粒籽加工切割、粒籽表面处理和器件组装集成步骤，其中热电磁制冷元器件包括电极块及间隔连接至其一侧的n型热电磁致冷臂和p型热电磁致冷臂，具体制备步骤包括：

1)热电磁块体材料的制备

分别将n型和p型热电材料粉体分成若干份，分别将其与含量递增或递减的磁热材料混合，并依次逐层铺设在磨具中，进行压制，烧结，分别得n型热电磁块体材料和p型热电磁块体材料；

2)分别对所得n型热电磁块体材料和p型热电磁块体材料进行切割，得热电磁材料粒籽；

3)在所得n型和p型热电磁材料粒籽的上、下表面设置界面阻挡层，得n型热电磁致冷臂和p型热电磁致冷臂；

4)器件组装集成；采用电极块将间隔设置的n型热电磁致冷臂和p型热电磁致冷臂的上表面进行焊接相连，即得所述热电磁制冷元器件。

上述方案中，所述n型或p型热电材料粉体通过将n型或p型碲化铋热电材料晶棒进行破碎、研磨和过筛120目得到。

上述方案中，所述n型或p型碲化铋热电材料晶棒为市售产品或自制晶棒；其中自制晶棒的制备方法包括：分别按n型热电材料和p型热电材料的化学计量比，称取对应的单质粉料，混合均匀，再经真空封管、加热熔融、区熔生长，分别制得n型和p型碲化铋热电材料晶棒；再经破碎、研磨和过筛，分别得n型和p型热电材料粉体。

上述方案中，所述n型热电材料选用Bi₂(Te,Se)₃基合金。

上述方案中，所述p型热电材料选自(Bi,Sb)₂Te₃基合金。

上述方案中，所述区熔生长工艺采用的温度为620～680℃，提拉速度为10～20mm/h。