початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2248070

СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИХ батарей

Ім'я винахідника: Новосельцев О.А. (RU); Шалаєв Н.В. (RU)
Ім'я патентовласника: Товариство з обмеженою відповідальністю "Термоклатер" (RU)
Адреса для листування: 115230, Москва, Каширське шосе, 5-1-66, В.Г. Копаєва
Дата початку дії патенту: 2004.04.06

Винахід відноситься до області термоелектрики і може бути використано при виготовленні термоелектричних батарей. Технічний результат: підвищення продуктивності способу при одночасному зменшенні контактних опорів. Сутність: виготовляють пластини n і р-типів провідності допомогоюпресування при температурах, що не перевищують 150 ° С, і тиску 1-2 т / см ² порошків напівпровідникових матеріалів. Напрямок пресування вибирають перпендикулярним напрямку теплового потоку в термоелектричних батареях. З електропровідного пластичного матеріалу виготовляють касету в формі короба. На протилежних стінах короба виконують прорізи на відстані, рівному сумі товщини пластин і розділяють їх прошарків з електроізоляційного матеріалу. Заповнюють короб чергуються пластинами n і р-типу. Розділяють їх прошарками з електроізоляційного матеріалу. Після заповнення короба проводять допрессовкой отриманої заготовки при підвищеному тиску: 3-5 т / см ² і температурах: 350-500 ° С, вибираючи напрямок пресування паралельним контактних поверхонь комутаційних шин і пластин. Після видалення суцільних стінок короба проводять різку отриманої заготовки на термоелектричні батареї при направленні різів, перпендикулярному напрямку прорізів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області термоелектрики і може бути використано при виготовленні термоелектричних батарей, які застосовуються в різних термоелектричних пристроях, переважно в термоелектричних генераторах і термоелектричних кондиціонерах.

Відомий спосіб виготовлення термоелектричних батарей допомогоюпресування пластин з порошків напівпровідникових матеріалів n і р-типів провідності спільно з комутаційними шинами, виконаними у вигляді металевих пластин, приготування збірки, що складається з чергуються пластин n і р-типів провідності, розділених прошарками з електроізоляційного матеріалу, причому висота кожного прошарку дорівнювала сумі висот напівпровідникового шару і комутаційної шини, з'єднання пластин послідовно за допомогою пайки бічних поверхонь комутаційних шин і різання отриманої заготовки на термоелектричні батареї при направленні різів перпендикулярно напрямку паянних швів (див. Європейський патент ЕР 0827215, кл. H 01 L 35 / 34, 1998). Недоліком відомого способу виготовлення термоелектричних батарей є низька продуктивність процесу виготовлення термоелектричних батарей внаслідок складності і тривалості процесу комутації за допомогою пайки. Крім того, термоелектричні батареї, виготовлені відомим способом, мають низьку термоелектричний ефективність, оскільки орієнтація зерен в процесі пресування при виготовленні пластин не є оптимальною.

Найбільш близьким за технічною сутністю і досягається результату до заявленого способу є спосіб виготовлення термоелектричних батарей, що включає виготовлення пластин n і р-типів провідності з порошків напівпровідникових матеріалів за допомогою попереднього пресування при знижених температурі і тиску, подальшу допрессовкой при підвищених тиску і температурі в напрямку, перпендикулярному напрямку теплового потоку при експлуатації термоелектричної батареї, і комутацію пластин за допомогою комутаційних шин (див. Авт.св. СРСР №454090, кл. У 22 F 3/00, 1975). У відомому способі комутація гілок здійснюється за допомогою пайки бічних поверхонь комутаційних шин суміжних галузей в результаті чого утворюється ланцюжок послідовно з'єднаних напівпровідникових гілок.

Недоліком відомого способу виготовлення термоелектричних батарей є його низька продуктивність, обумовлена ​​тим, що допрессовкой пластин і їх комутація за допомогою пайки здійснюється окремо, а попереднє пресування при знижених температурі і тиску не забезпечують мінімального електричного опору напівпровідникових пластин. Крім того, термоелектричні батареї, що виготовляються відомим способом, мають значні контактні опору внаслідок того, що при пайку важко забезпечити однорідні паяні з'єднання.

Завданнями винаходу є підвищення продуктивності виготовлення термоелектричних батарей при одночасному зменшенні їх контактних опорів.

Вирішення зазначених завдань забезпечується новим способом виготовлення термоелектричних батарей, що включає виготовлення пластин n і р-типів провідності з порошків напівпровідникових матеріалів за допомогою попереднього пресування при знижених температурі і тиску, подальшу допрессовкой при підвищених тиску і температурі в напрямку, перпендикулярному напрямку теплового потоку при експлуатації термоелектричної батареї , і комутацію пластин за допомогою комутаційних шин, при цьому додатково виготовляють касету з електропровідного пластичного матеріалу у вигляді короба, виконуючи на протилежних стінках касети прорізи, відстань між якими вибирають рівним ширині комутаційної шини, попереднє пресування проводять в напрямку, перпендикулярному вказаною тепловому потоку, після чого в касеті розміщують збірку, що складається з чергуються пластин n і р-типів провідності, розділених прошарками з електроізоляційного матеріалу, і потім проводять допрессовкой отриманої заготовки в напрямку, паралельному контактних поверхонь комутаційних шин і пластин, видаляють суцільні стінки касети і проводять різку скоммутірованной заготовки на термоелектричні батареї при направленні різання, перпендикулярному напрямку прорізів між суміжними комутаційними шинами; при цьому переважно пластини n і р-типів провідності виготовляти за допомогою попереднього пресування тришарових заготовок, що складаються з шару порошку антидифузійного матеріалу, шару порошку напівпровідникового матеріалу і другого шару антидифузійного матеріалу при направленні пресування, паралельному напрямку теплового потоку при експлуатації термоелектричної батареї, і подальшої різання заготовок на пластини; шари антидифузійного матеріалу наносити на поверхні комутаційних шин в касеті, звернених до пластин, за допомогою плазмового напилення; шари антидифузійного матеріалу наносити на поверхні комутаційних шин, звернених до пластин, за допомогою намазування пасти, що містить порошок антидифузійного матеріалу; пасту виготовляти з клейової складової, виконаної на основі нітроцелюлози; між суцільними стінками касети і пластинами при складанні заготовки розміщувати пластини зі слюди.

Заявлений спосіб виготовлення термоелектричних батарей володіє вищою продуктивністю за рахунок суміщення операцій допрессовкі при підвищених тиску і температурі і комутації. За рахунок попереднього виготовлення касети у вигляді короба з пластичного металу і подальшого прорізання прорізів в протилежних стінках короба отримують дві системи протилежних комутаційних шин, які виконують зміщеними відносно один одного на товщину пластини. Після розміщення в коробі чергуються пластин n і р-типів провідності, розділених прошарками з електроізоляційного матеріалу, і подальшого пресування отриманої заготовки при підвищених тиску і температурі не тільки приєднують комутаційні шини до напівпровідникових матеріалів пластин, а й підвищують ефективність виготовляються термоелектричних батарей за рахунок оптимальної орієнтації зерен напівпровідникових матеріалів при пресуванні. Пресування при знижених температурі і тиску в напрямку пресування пластин, перпендикулярному напрямку теплового потоку при експлуатації термоелектричної батареї, вдалося підвищити електропровідність напівпровідникових пластин більш ніж на 20%. Проведені експерименти дозволили визначити оптимальну величину пресування при знижених температурах, яка становить 1-2 т / см ^2, при цьому температура пресування не повинна перевищувати 150 ° С. Зазвичай пластини пресують при кімнатній температурі. Допрессовкой пластин, розміщених в касеті, бажано проводити при тиску 3-5 т / см ² і температурі 350-500 ° С. Проведені експерименти дозволили встановити, що запропоноване приєднання комутаційних шин до напівпровідникових матеріалів термоелектричної батареї в процесі допрессовкі дозволяє тривалий час (протягом багатьох тисяч годин) експлуатувати термоелектричні батареї при підвищених температурах. В результаті підвищується виробляється термоелектричними батареями електроенергія, що дозволяє зменшити кількість потрібних термоелектричних батарей, і це побічно підвищує продуктивність процесу виготовлення термоелектричних батарей. Цьому ж сприяє і введення між комутаційними шинами і напівпровідникових матеріалом прошарків з антидифузійного матеріалу, які перешкоджають взаємній дифузії металу комутаційних шин і напівпровідникових матеріалів. Антидифузійний матеріал переважно виготовляти з собальта, або з суміші порошків антімоніда нікелю і заліза. Комутаційні шини при цьому можна виготовляти з міді, срібла і інших металів, що володіють високою електропровідністю. Переважно прошарку антидифузійного матеріалу приєднувати до пластин напівпровідникового матеріалу, наприклад, шляхом попереднього пресування тришарових заготовок, що складаються з шару порошку антидифузійного матеріалу, шару порошку напівпровідникового матеріалу і другого шару антидифузійного матеріалу, і подальшої різання заготовок на пластини. Шари антидифузійного матеріалу переважно наносити на поверхні комутаційних шин в касеті, звернених до пластин за допомогою плазмового напилення. Шари антидифузійного матеріалу переважно наносити на поверхні комутаційних шин в касеті, звернених до пластин, за допомогою намазування пасти, що містить порошок антидифузійного матеріалу. При цьому істотно спрощується процес приєднання антидифузійних шарів до комутаційних шин. Переважно в якості клейової складової пасти використовувати нитроцеллюлозу, так як в процесі допрессовкі відбувається руйнування нітроцелюлози і одержувані при цьому нейтральні гази - двоокис азоту, окис вуглецю і двоокис вуглецю утворюють захисну атмосферу, яка перешкоджає окисленню напівпровідникових матеріалів і контактів. Для спрощення видалення після операції допрессовкі суцільних стінок касети перед складанням заготовки переважно розміщувати між напівпровідниковими пластинами і стінками касети пластини слюди, які перешкоджають приєднанню суцільних стінок касети до напівпровідникових пластин і тим самим спрощується процес видалення суцільних стінок касети.

Наведемо приклади конкретної реалізації заявленого способу виготовлення термоелектричних батарей.

Приклад 1. Виготовлення термоелектричних батарей з низькотемпературних напівпровідникових матеріалів - температура гарячих спаїв при експлуатації термоелектричних батарей не перевищує 300 ° С.

Напівпровідниковий матеріал, який має провідність n-типу, виготовляють з суміші сплавів Bi ₂ Ті ₃ (74 мас.%) І Bi ₂ Se ₃ (26 мас.%) З легирующей домішкою з CuBr, отримуючи потім з них порошок за допомогою подрібнення. Напівпровідниковий матеріал, який має р-тип провідності, виготовляють з суміші сплавів Bi ₂ Ті ₃ (80 мас.%) І Sb ₂ Ті ₃ (20 мас.%), Размельчая потім її в порошок. Розміри виготовляються пластин: довжина - 25 мм, висота - 7 мм, ширина - 5 мм. Пластини виготовляють пресуванням порошків напівпровідникових матеріалів при кімнатній температурі і тиску 1,5 т / см ² при направленні пресування, перпендикулярному стороні пластини, що має розміри 25 мм × 7 мм. Виготовляють касету в формі короба з алюмінію, що має високу електропровідність і досить пластичного. На протилежних сторонах касети виготовляють прорізи, вибираючи відстань між сусідніми прорізами рівним ширині комутаційної шини - 10,1 мм, тобто рівним сумі ширини суміжних пластин і розділяють пластини електроізоляційних прошарків. Прорізи на протилежних сторонах касети зміщені відносно один одного на ширину пластини. На стінки комутаційних шин, звернених до напівпровідникових пластин, проводять плазмового напилення шарів кобальту, що виконують функцію антидифузійного матеріалу. Потім на суцільних стінках всередині короба розміщують пластини слюди, що мають розміри, рівні внутрішнім розмірам суцільних стінок. Далі в касеті мають послідовно пластини, що мають різну провідність і розділові прошарками з азбесту. Потім проводять допрессовкой отриманої заготовки шляхом пресування в напрямку, паралельному контактних поверхонь комутаційних шин і пластин, при тиску 4 т / см ² протягом 3 хвилин і температурі 400 ° С. Після відрізання суцільних стінок касети проводять різку отриманої заготовки в напрямку, перпендикулярному напрямку прорізів в касеті, і відстані між суміжними резами 5 мм. З кожної заготовки отримують 5 термоелектричних батарей, що мають поперечний переріз гілок 5 мм × 5 мм.

Приклад 2. Виготовлення термоелектричних батарей з среднетемпературних напівпровідникових матеріалів - температура гарячих спаїв при експлуатації термоелектричних батарей зазвичай не перевищує 700 ° С.

Напівпровідниковий матеріал, що володіє негативною провідністю, виготовляють з телуриду свинцю з легирующей домішкою зі свинцю, а напівпровідниковий матеріал, який має позитивну провідність, виготовляють з телуриду свинцю з легирующей домішкою з натрію. Розміри пластин, одержуваних пресуванням порошків, що виготовляються шляхом подрібнення вказаних напівпровідникових матеріалів, такі: довжина - 15 мм, висота - 8 мм і ширина - 3 мм. Пластини виготовляють пресуванням при кімнатній температурі цих напівпровідникових матеріалів при тиску 2 т / см ² при направленні пресування, перпендикулярному стороні пластини, що має розмір 15 мм × 8 мм. Виготовляють касету з листової міді в формі короба і виготовляють прорізи на протилежних стінках короба, вибираючи відстань між прорізами 6,1 мм - яка дорівнює загальній кількості товщини суміжних пластин і електроізоляційної прошарку, розташованої між пластинами. На поверхні комутаційних шин, звернених до пластин, наносять Антидифузійний матеріал за допомогою намазки пасти, що містить в якості клейової складової нитроцеллюлозу. Проводять збірку, розміщуючи в касеті послідовно чергуються пластини, що мають провідність n і р-типу, що розділяються прошарками зі слюди. Проводять допрессовкой отриманої заготовки при тиску 5 т / см ² і температурі 450 ° С при направленні пресування, паралельному контактних поверхонь пластин і комутаційних шин, протягом 3 хв. Після видалення суцільних стінок касети за допомогою різання проводять виготовлення термоелектричних батарей, які виготовляють за допомогою різання отриманої після допрессовкі заготовки за допомогою дискової фрези. Напрямок різів вибирають перпендикулярним напрямку прорізів, при цьому відстань між суміжними резами становить 3 мм. Таким чином, розмір поперечного перерізу гілки в одержуваних термоелектричних батареях становить 3 мм × 3 мм. Кількість термоелектричних батарей, одержуваних з однієї заготовки, дорівнює п'яти.

У порівнянні з відомими способами виготовлення термоелектричних батарей заявлений спосіб дозволив більш ніж на 30% підвищити продуктивність процесу виготовлення термоелектричних батарей. За рахунок надійного з'єднання по всій контактної поверхні комутаційних шин з напівпровідниковими матеріалами гілок або антидифузійним матеріалом виготовляються заявленим способом термоелектричні батареї мають контактні опору близько 10 ^-6 Ом · см, в той час як контактні опору в термоелектричних батареях, що виготовляються відомими способами, становить 10 ^{- 5} Ом · см. При цьому збільшується механічна міцність з'єднань комутаційних шин і напівпровідникових матеріалів гілок і в результаті підвищується експлуатаційна надійність виготовляються заявленим способом термоелектричних батарей в порівнянні з термоелектричними батареями, що виготовляються відомими способами, особливо при багаторазовому термоциклюванні.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб виготовлення термоелектричних батарей, що включає виготовлення пластин n- і р-типів провідності з порошкових напівпровідникових матеріалів за допомогою попереднього пресування при знижених температурі і тиску, подальшу допрессовкой при підвищених тиску і температурі в напрямку, перпендикулярному напрямку теплового потоку при експлуатації термоелектричної батареї, і комутацію пластин за допомогою комутаційних шин, що відрізняється тим, що додатково виготовляють касету з електропровідного пластичного матеріалу у вигляді короба, виконуючи на протилежних стінках касети прорізи, відстань між якими вибирають рівним ширині комутаційної шини, для отримання двох систем протилежних комутаційних шин, зміщених щодо один одного на товщину пластини попереднє пресування проводять в напрямку, перпендикулярному вказаною тепловому потоку, після чого в касеті розміщують збірку, що складається з чергуються пластин n- і р-типів провідності, розділених прошарками з електроізоляційного матеріалу, і потім проводять допрессовкой отриманої заготовки в напрямку, паралельному контактних поверхонь комутаційних шин і пластин для приєднання комутаційних шин, видаляють суцільні стінки касети, і проводять різку скоммутірованной заготовки на термоелектричні батареї при направленні різання, перпендикулярному напрямку прорізів між суміжними комутаційними шинами.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що пластини n- і р-типів провідності виготовляють за допомогою попереднього пресування тришарових заготовок, що складаються з шару порошку антидифузійного матеріалу, шару порошку напівпровідникового матеріалу і другого шару антидифузійного матеріалу, при направленні пресування, паралельному напрямку теплового потоку при експлуатації термоелектричної батареї, і подальшої різання заготовки на пластини.

3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що шари антидифузійного матеріалу наносять на поверхні комутаційних шин в касеті, звернених до пластин, за допомогою плазмового напилення.

4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що шари антидифузійного матеріалу наносять на поверхні комутаційних шин в касеті, звернених до пластин, за допомогою намазування пасти, що містить порошок антидифузійного матеріалу.

5. Спосіб за п.4, що відрізняється тим, що клейова складова пасти виконана на основі нітроцелюлози.

6. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що між суцільними стінками касети і пластинами при складанні заготовки розміщують пластини слюди.

Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів