[发明专利]一种温差发电器件的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于温差电制作技术领域，特别是涉及一种温差发电器件的焊接方法。

背景技术

温差发电器件是一种固态半导体器件，由若干对P-N温差电元件组成，可利用温差电材料的塞贝克效应将热能直接转换为电能。使用该种器件研制的温差电池具有结构紧凑、没有运动部件、不会释放有害物质，工作寿命长，可以耐受恶劣环境等优点，在空间探测卫星的电源系统中具有广泛的应用前景。

目前的中、低温温差发电器件多采用真空焊接进行冷热端元件与电连接片之间的焊接。一般情况下，根据器件的长期工作温度要求，选择一种熔点高于材料使用温度但低于温差电材料软化点的钎接材料，在一定的真空条件和高于钎料熔点30℃～80℃的温度条件下将温差电元件和电连接片焊接为一体。这种焊接方法的不足之处在于相对于其工作温度而言，构成温差发电器件的温差电元件在使用前就受到较高温度的冲击，对元件的热电性能造成一定程度的衰减，使得温差发电器件热端的耐受温度低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种温差发电器件的焊接方法，该夹具能够保证焊接时P-N温差电元件的热电性能无衰减，温差发电器件因使用前不受较高温度的冲击，使得温差发电器件热端的耐受温度能够达到600℃。

本发明碲化铋温差发电器件采用如下技术方案：

一种温差发电器件的焊接方法，包括以下制备过程：

(1)将一对P型温差电单体元件和N型温差电单体元件一个端面依次镀有隔离层钼或钼铁合金、第一层过渡层铜和第二层过渡层铟；所镀电流的密度为0.1-0.2A/cm²，所镀时间为5-15min；

(2)将金属电连接片外表面镀有铟层，所镀电流的密度为0.05-0.1A/cm²，所镀时间为5-10min；

(3)将(1)中镀后的P型温差电单体元件和N型温差电单体元件和(2)中镀后的电连接片分别用去离子水冲洗，经过无水乙醇脱水并晾干；

(4)将(3)中晾干后的P型温差电单体元件、N型温差电单体元件和电连接片按“π”型摆放在焊接用夹具的下板和上板之间，紧固螺母通过压力弹簧对电连接片与P型温差电单体元件和N型温差电单体元件的接触面施加3N-5N的压力，使电连接片与P型温差电单体元件和N型温差电单体元件紧密接触；

(5)将(4)中夹有电连接片与P型温差电单体元件和N型温差电单体元件的焊接用夹具放入真空钎焊炉中，炉内真空度达到15Pa以下时，向炉体中充入惰性气体；

(6)打开钎焊炉加热开关进行焊接，炉内温度达到100℃-130℃，保持20min-40min；再继续将炉温升至160℃-180℃，保持500min-2400min；完成焊接过程；

(7)焊接结束后，关闭加热开关，待炉体冷却至室温时，取出本发明焊接用夹具，焊接结束。

而且，所述(4)中焊接用夹具包括下板、上板，所述下板和上板靠近四角处均制有安装支架的孔；下板的孔与固定支架固定配合、上板的孔与支架上下移动配合，支架上部有螺纹；上板上面的支架均套有压力弹簧；压力弹簧上面的支架上有紧固螺母；下板和上板之间放置高度相同的P型温差电单体元件和N型温差电单体元件，所述两种单体元件两端面上均镀有Mo-Fe合金层后再镀有铜过渡层和铟过渡层；电连接片将P型温差电单体元件和N型温差电单体元件的上端面连为一体。

而且，所述(1)中P型温差电单体元件为碲化铋P型温差电单体元件，N型温差电单体元件为碲化铋N型温差电单体元件。

而且，所述(1)中P型温差电单体元件和N型温差电单体元件的一个端面均为冷面或均为热面。

而且，所述(2)中金属电连接片铜或铝。

而且，所述(4)中压力弹簧长度压缩量为0.5mm-1mm。

而且，所述(5)中惰性气体为0.1MPa的氢氩混合气。

而且，所述(7)中室温为25℃。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明通过利用Cu与In在能够在较低温度形成高熔点合金的化学原理，实现器件低温焊接高温使用，避免器件在使用前由于高温冲击而产生性能衰减，有效提高温差电器件的电性能和可靠性，其热端的耐受温度上限为600℃。

附图说明

图1是本发明温差发电器件焊接前装配示意图；

图2是图1焊接过程时间-温度的升温曲线。

其中，1-下板，2-支架，3-P型温差电单体元件，4-N型温差电单体元件，5-电连接片，6-上板，7-弹簧，8-螺母。