[发明专利]一种温差发电器用金属导体电极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于温差发电技术领域，特别是涉及一种温差发电器用金属导体电极及制备方法。

背景技术

温差发电器是利用塞贝克效应，在热端和冷端用金属导体电极将温差电元件连接起来，利用温差，将热能直接转换成电能的一种发电器件。传统温差发电器用的金属导体电极一般采用单晶体生长工艺来制备，如用单一的Fe、Cu、Ni等金属材料，其缺点是：焊接电阻大，焊接强度不高，如果温差发电器的热面温度过高，焊接接头容易脱落，某些温差电材料的升华率也急剧增加，极易引起温差发电器失效，这也是温差发电器的转换效率低，衰减快，寿命短的原因之一。

发明内容

本发明的目的是在现有的温差电材料基础上采用多晶或定向多晶材料，提出改进方案，用粉碎混合烧结(PIES)法和区融熔炼法来得到优值高的温差电材料。它具有焊接电阻小，焊接强度高，焊接浸润性好，寿命长，有较高的塞贝克系数和电导率等优点。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种温差发电器用金属导体电极，将基体粉末材料和强化颗粒材料分层压制在一起；所述基体粉末材料为单一的金属粉末，所述强化颗粒材料为一种或两种及以上的金属或非金属粉末混合物。

所述基体粉末材料为Fe粉、Cu粉、Ni粉；所述强化颗粒材料为SPbTe粉、石墨粉、钨粉以及Al粉中一种或所述基体粉末材料与SnTe粉、钨粉、石墨粉，粉以及Al粉中一种或一种以上的混合物，所述电极中基体粉末材料含量为65～70％，所述强化颗粒材料含量为30～40％。

所述强化颗粒性材料PbTe：Cu：Ge：Al重量百分比为30～45％：20～30％：10～15％：20～45％。

温差发电器用金属导体电极的制备方法，

(1)将基体粉末材料和强化颗粒活性材料分别进行研磨、过筛，混合；

2)将研磨、过筛混合后的强化颗粒材料放入模具中，然后放入基体粉末材料再进行压制，依此顺序压制成所述的温差发电器用导体电极粗胚；

(3)取出压制后的温差发电器用金属导体电极，在封闭除氧的条件下再进行烧结、保温、退火、冷却，挤压，成为最终的温差发电器用金属导体电极。

固态金属与增强材料在不大的塑性变形情况下，靠较高温度和压力，使组成材料之间接触截面原子间相互扩散粘结而成。混合粉末和防止氧化是工艺的关键。

所述烧结过程在保护气体中进行。

所述保护气体为Ar：H2为1：1的混合气体。

所述烧结、保温、退火、冷却，挤压的次数至少两次。

温差发电器用金属导体电极的制造方法，所述至少两次烧结、保温、退火、冷却后，再升温至所需的烧结温度，保温后，随炉冷却，然后再进行一次中温烧结，中温烧结后，再将金属导体电极放入石墨盒中冲入保护气体，升温至所需的退火温度，保温后随炉冷却。

所述退火温度为800～1100℃，退火时间为半小时。

本发明具有的有益效果是：强化颗粒添加了Al，可起到增韧作用，并提高了金属导体高温抗氧化能力，而且经弥散强化后，铜的强度、硬度得到很大的提高，导电性降低不多。而且材料采用了研磨、过筛，提高了电极的致密性，增大了焊料在材料和金属导体电极之间的润湿性，减小了焊接电阻，；由于采用了基体粉末和过强化颗粒材料分层压制的方法，组织均匀，晶粒细小，没有偏析，热处理变形小，使用寿命增长。

具体实施方式

一种温差发电器用金属导体电极，将基体粉末材料和强化颗粒材料分层压制在一起；所述基体粉末材料为单一的金属粉末，所述强化颗粒材料为一种或两种及以上的金属或非金属粉末混合物。

所述基体粉末材料为Fe粉、Cu粉、Ni粉；所述强化颗粒材料为SPbTe粉、石墨粉、钨粉以及Al粉中一种或所述基体粉末材料与SnTe粉、钨粉、石墨粉，粉以及Al粉中一种或一种以上的混合物，所述电极中基体粉末材料含量为65～70％，所述强化颗粒材料含量为30～40％。

所述强化颗粒性材料PbTe：Cu：Ge：Al重量百分比为30～45％：20～30％：10～15％：20～45％。

实施例

先将按PbTe：Cu：Ge：Al重量百分比为30～45％：20～30％：10～15％：20～45％称量好的混合均匀的强化颗粒性材料放入阴模中，轻敲阴模，使得强化颗粒材料能均匀的平铺在阴模中，将压头放入阴模中，然后再将阴模放在垫板上，给压头稍小一点的压力，压力为50Mpa，保压5秒，然后将压头取出，再将称量好的基体材料放入阴模中，轻敲阴模，使得基体材料均匀的平铺在强化颗粒材料上，再将阴模放在垫板上，给压头一定的压力，压力为550-750Mpa保压30秒，再将阴模从垫板上取下，放在落料框上，再给一定的压力进行脱模，这样整个压制过程结束。压制结束后，要将所压制的导体电极进行多次高温烧结，为保证烧结过程中导体电极不被氧化，整个烧结过程要在保护气体中进行。先将导体电极放入石英管中，抽真空，再冲入Ar：H2=1：1的混合气体，这样来回三次后，升温至800～1100℃进行烧结，然后保温并随炉冷却。然后再进行一次中温烧结，以减小高温烧结过程中的内应力，将烧结后的导体电极放入石墨盒中冲入保护气体，升温至500～800℃进行退火，保温半小时后随炉冷。这样就制得了我们所需的导体电极。