Thermoelektrische Legierung auf der Basis Wismuttellurid Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf thermoelektrische Legierungen, und zwar auf thermoelektrische
Legierungen, welche Wismuttelluxid (BiTe3) enthalten, für eine Kühlvorrichtung,
welche -unter Ausnutzung des Peltier-Effekts arbeitet. Die relative Wirksamkeit
eines thermoelektrischen Stoffes, der den ]#eltier-Effekt ergibt, kann angegeben
werden durch den Wirkungsgrad Z nach der Gleichung
in welcher a = Seebeck-Koeffizient in Volt/'C, c = elektrische Leitfähigkeit
in Ohm-lem-1, A = Wärmeleitfähigkeit in Watt/'C.Thermoelectric alloy based on bismuth telluride The present invention relates to thermoelectric alloys, specifically to thermoelectric alloys which contain bismuth luxide (BiTe3), for a cooling device which operates using the Peltier effect. The relative effectiveness of a thermoelectric substance, which gives the animal effect, can be given by the efficiency Z according to the equation in which a = Seebeck coefficient in volts / 'C, c = electrical conductivity in ohm-lem-1, A = thermal conductivity in watt /' C.
Daher muß jeder Stoff, der mit Vorteil für ein solches Thermoelement
zu verwenden sein soll, einen hohen Seebeck-Koeffizienten bzw. eine hohe Thermokraft
und ebenso ein hohes Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit zu der Wärmeleitfähigkeit
haben. Es ist allgemein kennzeichnend, daß die Thermokraft der elektrischen Leitfähigkeit
entgegengesetzt ist. Das führt zu der theoretischen Schlußfolgerung, daß das optimale
thermoelektrische Material einen Seebeck-Koeffizienten von 200 bis 250 Mikrovolt/'C
haben muß.Therefore, every substance that is to be used with advantage for such a thermocouple must have a high Seebeck coefficient or a high thermal force and also a high ratio of electrical conductivity to thermal conductivity. It is generally characteristic that the thermal force is opposite to the electrical conductivity. This leads to the theoretical conclusion that the optimal thermoelectric material must have a Seebeck coefficient of 200 to 250 microvolts / ° C.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten
thermoelektrischen Legierung auf der Basis von Wismuttellurid.An object of the present invention is to provide an improved one
thermoelectric alloy based on bismuth telluride.
Zu den üblichen thermoelektrischen Stoffen gehören die Telluride und
die Selenide von Blei, Wismut, Quecksilber und Antiomon. Bei Forschungsarbeiten
über die vorstehend erwähnten Verbindungen, einschließlich der Zusätze verschiedener
Elemente, wurde festgestellt, daß man bei dem Zusatz von Quecksilberverbindungen
zu Wismuttellurid thermoelektrische Legierungen mit hervorragenden Eigenschaften
bekommt. Es wurde ferner gefunden, daß man eine ausgezeichnete thermoelektrische
Legierung erhält, wenn man eine Verbindung von Quecksilber mit einem nichtmetallischen
Element der Gruppen VI und VII des Periodischen Systems, und zwar Schwefel, Brom
oder Jod, dem Wismuttellurid hinzusetzt in einer Menge von weniger als 2 0/0, auf
das Gewicht an Wismuttellurid bezogen.The tellurides and belong to the usual thermoelectric substances
the selenides of lead, bismuth, mercury and antiomone. When doing research
about the above-mentioned compounds, including the additions of various
Elements, it was found that one with the addition of mercury compounds
to bismuth telluride thermoelectric alloys with excellent properties
receives. It has also been found that an excellent thermoelectric
Alloy is obtained by combining mercury with a non-metallic one
Element of groups VI and VII of the periodic system, namely sulfur, bromine
or iodine, added to bismuth telluride in an amount of less than 2%
based on the weight of bismuth telluride.
Beispiele für die erfindungsgemäßen Legierungen sind in der nachstehenden
Tabelle zusammengefaßt-
Die Legierung Nr. 2 der Tabelle konnte in der folgenden Weise hergestellt werden:
5,2159 g Wismut mit einer Reinheit von 99,999 0/" 4,78041
g Tellux, ebenfalls mit einer Reinheit von 99,999 "/, und
0,015 0/, Quecksilber(II)-jodid (HgJ2), auf das Gesamtgewicht des verwendeten
Wismuts und Tellurs bezogen, wurden in ein Quarzrohr mit einem Druchmesser von
10 mm und einer Länge von 120 mm eingebracht. Das Quarzrohr wurde dann luftleer
gemacht und verschlossen. Die Eingabe in dem Rohr wurde innerhalb eines Ofens bei
650'C geschmolzen, verblieb 1 Stunde darin und wurde dann mit Wasser
abgekühlt. Die gekühlte Legierung kam in ein weiteres Quarzrohr, das luftleer gemacht
und dicht verschlossen wurde.
Die Legierung in dem Quarzrohr wurde
dann in etwa 6 Stunden durch Zonenschmelzen raffiniert. Der mittlere Teil
der so behandelten Legierung wurde für die Thermoelemente verwendet.Examples of the alloys according to the invention are summarized in the table below.
Alloy No. 2 in the table could be produced in the following way: 5.2159 g bismuth with a purity of 99.999 0 / " 4.78041 g Tellux, also with a purity of 99.999 " /, and 0.015 0 /, mercury ( II) iodide (HgJ2), based on the total weight of the bismuth and tellurium used, were placed in a quartz tube with a diameter of 10 mm and a length of 120 mm. The quartz tube was then deflated and sealed. The feed in the tube was melted inside an oven at 650 ° C , remained in it for 1 hour and was then cooled with water. The cooled alloy was placed in another quartz tube, which was evacuated and sealed. The alloy in the quartz tube was then zone refined in about 6 hours. The middle part of the alloy treated in this way was used for the thermocouples.
Aus der vorstehenden Tabelle ist deutlich zu ersehen, daß der Zusatz
einer Verbindung von Quecksilber mit der vorher erwähnten Elemente zu dem Wismuttellurid
sowohl den Seebeck-Koeffizienten als auch das Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit
zu der Wärmeleitfähigkeit verbessert, wodurch man Thermoelemente mit hohem Wirkungsgrad
bekommt. Flierbei ist zu beachten, daß man je nach der Menge einer solchen
dem Wismuttellurid hinzugesetzten Verbindung ein thermoelektrisches Material des
n-Typs oder ein solches des p-Typs erhalten kann.It can be clearly seen from the table above that the addition of a compound of mercury with the aforementioned element to the bismuth telluride improves both the Seebeck coefficient and the ratio of electrical conductivity to thermal conductivity, thereby providing high-efficiency thermocouples. It should be noted here that an n-type or p-type thermoelectric material can be obtained depending on the amount of such a compound added to bismuth telluride.
Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, daß durch die Erfindung
thermoelektrische Legierungen von ausgezeichneten Eigenschaften geschaffen worden
sind, -und daß Thermopaare bzw. Thermoelemente-, die aus solchen Legierungen hergestellt
werden, einen hohen Peltier-Effekt ergeben bzw. ein hohes Kühlvermögen haben.From the foregoing it can be seen that the invention
thermoelectric alloys of excellent properties have been created
are, -and that thermocouples or thermocouples, which are made from such alloys
result in a high Peltier effect or have a high cooling capacity.