DE1533328C - Alloy consisting of GeTe and AgSbTe deep 2 - Google Patents
Alloy consisting of GeTe and AgSbTe deep 2Info
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- DE1533328C DE1533328C DE19661533328 DE1533328A DE1533328C DE 1533328 C DE1533328 C DE 1533328C DE 19661533328 DE19661533328 DE 19661533328 DE 1533328 A DE1533328 A DE 1533328A DE 1533328 C DE1533328 C DE 1533328C
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Description
35 vorliegende Erfindung zu veranschaulichen. In jedem35 to illustrate the present invention. In each
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Falle wurde mit besonderer Sorgfalt darauf geachtet,The present invention relates to a trap where special care was taken to
GeTe und AgSbTe., bestehende Legierung. daß nur anerkannte und eingeführte Bewertungsver-GeTe and AgSbTe., Existing alloy. that only recognized and established assessment
Eine begrenzte Anzahl von Zusammensetzungen fahren und Normen angewandt wurden und daß alleA limited number of compositions drive and standards have been applied and that all
oder Legierungen, die durch die Formel Proben nach gleichen Verfahren untersucht wurden.or alloys that were examined by the formula samples by the same method.
CAgSbTe ) + CGeTe) 4° ^'e mer angeget>enen Werte wurden in allen- FällenCAgSbTe) + CGeTe) 4 ° ^ 'e mer g to g e e t> enes values were in Allen cases
2 l~x durch Bestimmung des Mittelwertes aus mindestens 2 l ~ x by determining the mean value from at least
ausgedrückt werden können, sind bereits bekannt und vier -Proben und in den Fällen; :in denen GeTe mitcan be expressed are already known and four samples and in the cases; : in which GeTe with
wurden zur Verwendung als. Thermoelemente in einem Anteil von 80 bis 850Zo der Legierung ver-were for use as. Thermocouples in a proportion of 80 to 85 0 Zo of the alloy
thermoelektrischen Einrichtungen vorgeschlagen. In treten war, durch Bestimmung des Mittelwertes ausproposed thermoelectric devices. In was to kick out by determining the mean value
der Formel ist χ gleich der Teile mit Molbruchteil. 45 12 bzw. 38 Proben ermittelt. Die schematische Dar-of the formula, χ is equal to the parts with a molar fraction. 45 12 or 38 samples determined. The schematic diagram
Soweit' bekannt, wurde jedoch keine dieser Legie- stellung einer thermoelektrischen Einrichtung und dieAs far as is known, however, none of this alloying was a thermoelectric device and the
rangen in handelsüblichen Einrichtungen angewandt. vergleichsweise Beurteilung der Erfindung in bezugwrestling applied in commercial facilities. comparative assessment of the invention in terms of
In technischen Berichten pflegt man die kommerzielle auf bekannte Einrichtungen ist in den ZeichnungenIn technical reports one maintains the commercial on known facilities is in the drawings
Nichtanwendung der Tatsache zuzuschreiben, daß die enthalten. Es zeigt.. .. ·Failure to apply to the fact that they contain. It shows.. .. ·
bekannten Legierungen der oben beschriebenen Art 5° Fig. 1 die schematische Darstellung (Schnittan-known alloys of the type described above 5 ° Fig. 1 the schematic representation (sectional view
in ihrer thermoelektrischen Leistungsfähigkeit und sieht)'einer thermbelektrischen Einrichtung zur Um-in their thermoelectric performance and sees) 'a thermoelectric device for converting
ihren mechanischen Eigenschaften den bekannten Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energietheir mechanical properties reflect the well-known conversion of thermal energy into electrical energy
Bleitellurid-Thermoelementen; die-etwa im gleichen durch Anwendung des Seebeckeffektes, Lead telluride thermocouples; the-about the same by using the Seebeck effect,
Temperaturbereich verwendet werden, nicht über- F i g. 2 die graphische Darstellung eines Vergleichs legen oder sogar unterlegen sind. ' ' 55 des Seebeckkoeffizienten (α) für die nächstverwandte-Thermoelektrische Umwandler haben in den letzen sten bekannten Legierungen und die gemäß dieser Jahren anläßlich zahlreicher Anwendungen auf der Erfindung hergestellten Legierungen bei Tempera-Erde und im Weltraum großes Aufsehen erregt. Als türen über dem normalen Temperaturgefälle für Folge davon haben Regierungsstellen und die Indu- thermoelektrische Einrichtungen und unter Verwenstrie beträchtliche Mittel für Forschungs- und Ent- 60 dung der erfindungsgemäßen Legierungen als Thermowicklungszwecke aufgewandt mit dem Ziel, geeig- elemente,Temperature range are used, not over- F i g. Figure 2 shows a graph of a comparison put or are even inferior. '' 55 of the Seebeck coefficient (α) for the closest related thermoelectric Transducers have been used in the last known alloys and the alloys produced according to these years on the occasion of numerous applications in tempera earth and caused a stir in space. As for doors above the normal temperature gradient for Consequences of this are government agencies and the industrial and electrical facilities and under use substantial funds for research and development of the alloys of the invention for thermal winding purposes expended with the aim of creating suitable elements,
neten Ersatz für die Bleitellurid-Thermoelemente zu Fig. 3 eine graphische Darstellung analog zu finden, und in der IIolfnung, neue Elemente mit besse- Fig. 2, jedoch bezogen auf den spezifischen Widerren thermoelektrischen und mechanischen Eigen- stand (/>),Neten substitute for the lead telluride thermocouples in FIG. 3 is a graphic representation analogous to FIG find, and in the opening, new elements with better- Fig. 2, but based on the specific resistance thermoelectric and mechanical property (/>),
schäften und für den gleichen Temperaturbereich zu 65 Fig. 4 eine graphische Darstellung analog zuand for the same temperature range to 65 Fig. 4 a graphical representation analogous to
entdecken. Trotz diesen intensiven Bemühungen auf Fig. 2, jedoch bezogen auf die Wärmcleitfähig-discover. Despite these intensive efforts on Fig. 2, but based on the thermal conductivity
dem Gebiet der Thermoelektrik bleibt Bleitellurid keit (K), lead tellurid (K) remains in the field of thermoelectrics,
der Stoff, der die besten elektrischen Eigenschaften F i g. 5 eine graphische Darstellung analog zuthe substance that has the best electrical properties F i g. 5 is a graphic representation analogous to FIG
Fig. 2, ,die sich auf den WirkungsgradZT bezieht.' Dabei istX= 0K und, y. ■.■■'■■.■, ,·.·. i. ..- : Fig. 2, which relates to the efficiency ZT . ' Where X = 0 K and, y. ■. ■■ '■■. ■,, ·. ·. i. ..- :
K ist gleich der Wärmeleitfähigkeit in Watt/°K cm, F i g. 6 eine, graphische Darstellung des Wirkungsgrades· (E) der Energieumwandlung thermoelektrischer Vorrichtungen bei Benutzung einer Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. -; herkömmlichen Bleitelluridlegierungen; mit Natrium als/ p-Leir ter. In allen Fällen wurde als η-Leiter handelsübliches Bleitellu'rid mit Bleijodid verwendet; Die Berechnungen wurden -in jedem Falle nach der-bekannten Formel für dert Wirkungsgrad durchgeführt, nämlich K is equal to the thermal conductivity in watts / ° K cm, F i g. 6 is a graph of the efficiency · (E) of the energy conversion of thermoelectric devices using an alloy according to the present invention or - ; conventional lead telluride alloys; with sodium as the / p conductor. In all cases, commercially available lead telluride with lead iodide was used as the η conductor; In each case, the calculations were carried out according to the known formula for the degree of efficiency, namely
-' E ■==■■ - 'E ■ == ■■
In der obigen Formel,isIn the above formula, is
Temperatur, an der heißen Seite, 7*t, === Temperatur an der kalten Seite und/ZT = mit.tleier: Wirkungsgrad, des geprüften Thermoelements, ermittelt aus dem gesamte^ Temperaturbereich. . ,Die in Fig. 5, angegebenen ZT-Werte für. 100%> GeTe sind bekannt und nach dem;heutigen Stande der . Technik: gut fundiert. Sie. wurden .dem Buch »Thermoelectricity; Science and Technology« von R. R. Heikes und; R-W-Ure, jr. (S..435)> entnommen, das 1961 im Verlag »Interscience Publishers« erschienen ist. ν?· .,-,.,': .:.,·.·..-. ·."·...:..··; Λ·...-.->Temperature on the hot side, 7 * t , === temperature on the cold side and / ZT = mit.tleier: efficiency of the tested thermocouple, determined from the entire ^ temperature range. . The ZT values given in FIG. 5 for. 100%> GeTe are known and based on the current state of the. Technology : well founded. She. were .the book »Thermoelectricity; Science and Technology «by RR Heikes and; RW-Ure, Jr. (P. 435)> taken from 1961 by Interscience Publishers. ν? ·., -,., ':.:., ·. · ..-. ·. "· ...: .. ··; Λ · ...-.->
Zur Ergänzung der in der graphischen-Darstellung in Fig.,2. bis,5 gegebenen Daten zeigt Tabelle I die Kennwerte aus obigen Figuren unter ZugrundelegungTo supplement the graphical representation in Fig. 2. to, 5 data given is shown in Table I the Characteristic values from the above figures on the basis of this
Λ5 einer Temperaturvon'750°.K^ Tabelle I enthält ferner Angaben über die thermoelektrischen Eigenschaften t von !hypothetischen Stoffen ,stöch.ipmetrischer Zusammensetzung, die zwar nicht in--,die Fig. 2 bis 5 aufgenommen wurden,, jedoch mit den-Kennlinien derΛ5 a Temperaturvon'750 ° .K ^ Table I also contains information on the thermoelectric properties of t hypothetical substances, stöch.ipmetrischer composition, while not in -. Were added to 5 2, Fig ,, but with nevertheless Characteristic curves of the
so dort gezeigten graphischen Darstellungen konsistentso graphs shown there consistent
.■'■. .:■·. /:■..·.·.- :" Tabelle I-.' ; ·■■ ': - ;' ·■: ■'■■<■'■■■ . Thermoelektrische Eigenschaften bei. 750° K' . . ■ '■. .: ■ ·. /:■..·.·.- : "Table I-. '; · ■■ ' : - ; ' · ■: ■ '■■ <■' ■■■ . Thermoelectric properties at. 750 ° K '.
Da die obenerwähnten^' verwandten Legierungen .nicht erhältlich sind, um· einen: Vergleich der erfindungsgemäßen Legierungen mit den bereits bekannten Legierungen vorzunehmen; mußten alle Proben hergestellt Werden.; Anfangs; wurde, versucht, Thermoelemente durch Kaltverarbeitung und anschließendes Sintern herzustellen. Man- stellte jedoch 'fest, daß diese Methode völlig unbefriedigende Ergebnisse hinsichtlich der mechanischen Konsistenz zeitigte,' d. h., die Proben bekamen beim-Preßvöigarig Sprünge und bröckelten;'So wurde z. B. eine Pfobenserie aus Feinverteilten Partikeln von (AgSbTe^;,^ (GeTe)0 85- und in einer herkömmlicherweise 'zum Kaltpressen und Sintern üblichen Größe zuerst mit einer Reihe von Drücken zwischen 4000 und 9000 kp/cm- gepreßt und anschließend. für * die Dauer von 4 Stunden in einer Argpnatniösphäre! bei1582; 604 bzw. 627° G gesintert. Das gesinterte Mäieriül zeigte in. jedem Falle die oben angegebenen Mangel. ' " , ' .' ''Bei den Versuchen stellte sich' heraus, daß 'dieses Problem,' ihsbesohdefe im Fälle der nach vorliegender'Erfindung zusammengesetzten neuen Legierungen, durch Anwendung eines Gußverfahrens gelöst werden kann. Dazu' wurden die Legierungen so vorbereitet, daß die vier zu legierenden Elemente in den gewünschten richtigen Mengen in ein Vycorrohr gegeben 'würden, das fdahn evakuiert1 und' zuges'chmbizen wurde. Das Rohr wurde sodann 4n-einem Rüttelofen !'Stünde lang auf 750°'C erhitzt;, d.h. bis; sich:eine Schmelze- bildet: Die Rohre ließ man- langsam auf etwa ,600° O abkühlen-und hielt- bei dieser Temperatur' für die: Dauer von 16 Stunden. Danach- ließ män'die Röhren auf Zimmertemperatur abkühlen." -Since the above-mentioned related alloys are not available, in order to: make a comparison of the alloys according to the invention with the alloys already known; all samples had to be made .; At first; attempted to manufacture thermocouples by cold processing and subsequent sintering. It was found, however, that this method produced completely unsatisfactory results with regard to the mechanical consistency, that is, the samples cracked and crumbled when pressed; B. a series of pegs made of finely divided particles of (AgSbTe ^;, ^ (GeTe) 0 85 - and in a size conventionally used for cold pressing and sintering, first pressed at a series of pressures between 4000 and 9000 kp / cm and then pressed for * the duration of 4 hours in an atmosphere! sintered at 1 582; 604 or 627 ° G. The sintered Mäieriül showed in each case the above-mentioned defects That "this problem," ihsbesohdefe in the case of the new alloys composed according to the present invention, can be solved by using a casting process. For this purpose, the alloys were prepared in such a way that the four elements to be alloyed are placed in a Vycor tube in the correct quantities required .! 'would the f Dahn evacuated and 1' was zuges'chmbizen the tube was 'would be heated at 750 °' C then heated 4n-a Rüttelofen ;, ie up; in: forming a melt: the tubes made MAN slowly to about .600 ° O a Cool - and held - at this temperature for the: duration of 16 hours. Then - let the tubes cool down to room temperature. "-
So · Zusätzlich ; wurde ein Teil dieses r- Gußmateriäls weiterbehandelt, und -zwar' durch' Zerkleinern in -feinverteilte ' Partikeln,' wie' z. B. durch Zermählen Und-Siebert mit Siebgröße' -*-35, Kaltpressen "bei 4p00kp/cm-" und anschließendes Heißpressen' beiSo · Additionally ; a part of this r - casting material was further treated, and - indeed 'by' comminuting into -fine 'particles,' such as' e.g. B. by counting and Siebert with screen size '- * - 35, cold pressing "at 4p00kp / cm-" and subsequent hot pressing'
'55 525° e und '35Okp/cm2 für dierDauer; von'; etwa 3.0 Minuten, um ein Therrnoelefnent des p-Leitertyps herzustellen. Im wesentlichon ergaben die Gußproben die gleichen ihermoelektrischen Eigenschaften' wje die weiterbehandelten Probeh.·^ ' '. ; ' ' V.'55 525 ° e and '35 okp / cm 2 for the r duration; from'; about 3.0 minutes to make a p-conductor type thermal element. Essentially, the cast samples had the same thermoelectric properties as the samples that were further treated. ; '' V.
' Die thermoelektrischen Stoffe, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind',; wurden als »Legierungen« .bezeichnet', .weil sie Lösungen in festem Aggregatzustand darstellen, keinerlei Hinweise, einer chemischen Bindung feststellbar sind, und weil sich'The thermoelectric substances that are subject to the present invention are ',; were called "alloys" "denotes" because they provide solutions in solid Represent the state of aggregation, no indications of a chemical bond can be determined, and because
65. stöchiometrische, Zusammensetzungen von. nicht stochiometrischen lediglich durch die Konzentration der Bestandteile zu unterscheiden scheinen. Grundsätzlich zeigt die Mikroanalyse ein Gitter von65. stoichiometric, compositions of. not stoichiometric seem to differ only by the concentration of the constituents. Basically the microanalysis shows a grid of
Ag —Sb-Ge —Te mit einem kleinen, über die ganze Probe verteilten AgTe-Anteil. Bei Proben mit höherem Germaniumgehalt kann eine geringere Ge-Phase vorhanden sein.Ag —Sb-Ge —Te with a little, over the whole Sample distributed AgTe portion. For samples with a higher germanium content, a lower Ge phase to be available.
Man müßte annehmen, daß derartige Legierungen, außer durch die Bildung einer tatsächlichen Schmelze, nicht realisierbar seien, weil man sonst eine Suspension der höher schmelzenden Metalle oder Legierungen in den niedriger schmelzenden Metallen oder Legierungen erhielte.One would have to assume that such alloys, in addition to the formation of an actual melt, would not be feasible, because otherwise one would create a suspension of the higher melting metals or alloys in the lower melting metals or alloys.
Röntgen-Diffraktionsuntersuchungen zeigten, daß Stoffe, deren GeTe-Anteil 90% oder mehr beträgt, eine rhomboedrische Kristallstruktur mit einem Gitterwinkel von nahezu 90° aufweisen, während Stoffe mit einem GeTe-Anteil von 75% oder weniger eine flächenzentrierte kubische Kristallstruktur haben. Beide Kristallstrukturen wurden in Stoffen mit einem GeTe-Anteil zwischen 75 und 90% beobachtet. Somit besteht Grund' zur Annahme, daß zur Erzielung optimaler Ergebnisse die Anwesenheit beider Kristallstrukturarten erforderlich sind. Trotzdem weichen die optimalen ZT-Werte vom mittleren Beobachtungswert ZT ab und verweisen darauf, daß zur Erzielung optimaler Ergebnisse die beiden Kristallarten auch in ungleichen Mengen vorhanden sein müssen, wie aus den Spitzen bei etwa 80 bzw. 85% GeTe ersichtlich ist. Es ist zu beachten, daß es ZT-Werte zwischen 80 und 85 Molprozent GeTe gibt, die unter den ZT-Werten liegen, die auf Grund des bisherigen Standes der Technik abgeleitet werden können. Die Doppelspitzenbildung der ZT-Kurve ist eine äußerst ungewöhnliche Erscheinung. Untersuchung von Legierungen mit 85 bzw. 80% GeTe-Anteil unter dem Elektronenmikroskop zeigen, daß die erstere Legierung eine weniger geordnete Kristallstruktur hat als die letztere.X-ray diffraction studies showed that substances with a GeTe content of 90% or more have a rhombohedral crystal structure with a lattice angle of almost 90 °, while substances with a GeTe content of 75% or less have a face-centered cubic crystal structure. Both crystal structures were observed in substances with a GeTe content between 75 and 90%. Thus, there is reason to believe that both types of crystal structure are required for optimal results. Nevertheless, the optimal ZT values deviate from the mean observed value ZT and indicate that to achieve optimal results, the two types of crystal must also be present in unequal amounts, as can be seen from the peaks at about 80 and 85% GeTe, respectively. It should be noted that there are ZT values between 80 and 85 mol percent GeTe which are below the ZT values which can be derived on the basis of the prior art to date. The double peaks of the ZT curve is an extremely unusual phenomenon. Examination of alloys with 85 or 80% GeTe content under the electron microscope show that the former alloy has a less ordered crystal structure than the latter.
Voruntersuchungen weisen darauf hin, daß ein schwaches Schrumpfen des Kristallgitters in unmittelbarer Nähe des Bereiches mit einem GeTe-Anteil von 85% auftritt, was bis zu einem gewissen Grade die außergewöhnliche mechanische Stabilität der Legierung erklärt. Preliminary investigations indicate that a slight shrinkage of the crystal lattice in the immediate Near the area with a GeTe content of 85% occurs, which to a certain extent the the alloy's exceptional mechanical stability is explained.
Die graphischen Darstellungen in F i g. 2, 3 und 4 dienen hauptsächlich zum besseren Verständnis der graphischen Darstellungen in Fig. 5 und 6. Daher werden die Bilder 2, 3 und 4 hier nicht näher erläutert. Die graphische Darstellung des Wirkungsgrades, d. h. die allgemein übliche Bewertung der thermoelektrischen Leistung in Fig. 5, veranschaulicht eindeutig die Spitzen des thermoelektrischen Wirkungsgrades in den beiden Bereichen 80% GeTe bis 20% AgSbTe2 und 85% GeTe bis 15% AgSbTe2. Die Spitzenbildung im Wirkungsgrad an diesen beiden Punkten zeigt eindeutig eine klare und unerwartete Abweichung gegenüber der Kurve der bisher bekannten Stoffe, die unter Zugrundelegung eines GeTe-Anteils von 50, 75, 90 und 100% extrapoliert wurde. Darüber hinaus ist zu beachten, daß in dem höheren, bevorzugten Betriebsbereich um 7500K die größte Abweichung bei Stoffen mit einem GeTe-Anteil von 80 und 85% zu verzeichnen ist. Die Meßergebnisse aus F i g. 5 wurden zur Ermittlung der Werte in F i g. 6 zugrunde gelegt. Diese Figur veranschaulicht die bemerkenswerte Überlegenheit der neuen Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber Thermoelementen vom p-Typ aus Bleitellurid, die bislang in thermoelektrischen Einrichtungen allgemein verwendet wurden.The graphs in FIG. 2, 3 and 4 are mainly used for a better understanding of the graphic representations in FIGS. 5 and 6. Therefore, the images 2, 3 and 4 are not explained in more detail here. The graphic representation of the efficiency, ie the generally customary evaluation of the thermoelectric performance in FIG. 5, clearly illustrates the peaks of the thermoelectric efficiency in the two ranges 80% GeTe to 20% AgSbTe 2 and 85% GeTe to 15% AgSbTe 2 . The peak formation in the efficiency at these two points clearly shows a clear and unexpected deviation from the curve of the previously known substances, which was extrapolated on the basis of a GeTe proportion of 50, 75, 90 and 100%. In addition, it should be noted that in the higher, preferred operating range 0 to 750 K, the largest deviation for substances with a GeTe-content of 80 to 85% is recorded. The measurement results from FIG. 5 were used to determine the values in FIG. 6 is based on. This figure illustrates the remarkable superiority of the new alloys of the present invention over p-type thermocouples made of lead telluride which have heretofore been widely used in thermoelectric devices.
Fig. 6 ist deshalb charakteristisch, weil sie die außergewöhnlich hohe thermoelektrische Umwandlung dieser Legierungen bei konventionellen Betriebstemperaturen zum Ausdruck bringt. So beträgt z. B. bei einer Temperatur von 428° C (9000F) an der heißen Lötstelle (Meßstelle) und einer Temperatur von 38° C (1000F) an der kalten Lötstelle (Vergleichsstelle) die thermoelektrische Leistung annähernd 10%. Der Wirkungsgrad liegt damit bedeutend höher als bei den mit bisher bekannten Stoffen in herkömmlichen thermoelektrischen Einrichtungen erzielten 4 bis 8%.Fig. 6 is characteristic because it shows the exceptionally high thermoelectric conversion of these alloys at conventional operating temperatures. So z. B. at a temperature of 428 ° C (900 0 F) at the hot solder joint (measuring point) and a temperature of 38 ° C (100 0 F) at the cold solder joint (reference point) the thermoelectric power approximately 10%. The efficiency is therefore significantly higher than the 4 to 8% achieved with the substances known up to now in conventional thermoelectric devices.
In Anbetracht der bekannten Unzulänglichkeiten von Thermoelementen herkömmlicher Zusammen-Setzungen von Ag, Sb, Te und Ge wurden Proben der erfindungsgemäßen Legierungen hergestellt, nach dem, angegebenen Verfahren wurden Vergleichsprüfungen mit Proben aus Bleitellurid vom p-Typ gleicher Größe und Gestalt unterzogen. Das Bleitellurid wurde von einer bekannten Herstellerfirma bezogen, die zur Fertigung der Thermoelemente das Kaltpreß- und Sinterverfahren anwendet.In view of the known inadequacies of thermocouples of conventional compositions Samples of the alloys according to the invention were produced from Ag, Sb, Te and Ge, according to which, The procedures given were comparative tests with samples of p-type lead telluride of the same size and subjected to shape. The lead telluride was obtained from a well-known manufacturing company that produces Manufacture of thermocouples using cold pressing and sintering processes.
Gemäß üblichen Prüfmethoden wurden die Proben ■ Prüfungen der Druckbeanspruchung unterzogen.The samples were subjected to compressive stress tests in accordance with the usual test methods.
Diese, an den beiden Stoffen durchgeführten Prüfungen veranschaulichen einen erheblichen Unterschied der Druckfestigkeit von Bleitellurid einerseits und der neuen Legierung mit einem GeTe-Anteil von 85% andererseits. Alle vier Bleitelluridproben zerbrachen, wenn auf die Proben ein Druck zwischen 850 bis 1000 kp/cm2 einwirkte. Die aus der erfindungsgemäßen Legierung durch Heißpressen gefertigten Proben hielten dagegen diesen Druckbeanspruchungen stand, zeigten bei etwa 1000 bis 2000 kp/cm2 nur geringfügige Abplatzungen an den Kanten und brachen erst bei Belastung mit etwa 1400 bis 2500 kp/cm2. Gegossene Proben der erfindungsgemäßen Legierung zeigten bei etwa 1300 bis 1500 kp/cm- Abplatzungen. Völlige Zerstörung trat bei etwa 1400 bis 1600 kp/cm2 ein. Somit ist die Druckfestigkeit der neuen Legierung etwa doppelt so groß wie die von Bleitellurid.These tests carried out on the two substances illustrate a considerable difference in the compressive strength of lead telluride on the one hand and the new alloy with a GeTe content of 85% on the other. All four lead telluride samples broke when the samples were subjected to a pressure of between 850 and 1000 kp / cm 2 . On the other hand, the samples made from the alloy according to the invention by hot pressing withstood these compressive stresses, showed only slight flaking at the edges at around 1000 to 2000 kp / cm 2 and only broke when subjected to a load of around 1400 to 2500 kp / cm 2 . Cast samples of the alloy according to the invention showed flaking at about 1300 to 1500 kgf / cm. Complete destruction occurred at around 1400 to 1600 kgf / cm 2 . This means that the compressive strength of the new alloy is roughly twice that of lead telluride.
Proben der beiden Stoffe wurden außerdem nach bekannten Verfahren einer Schlagfestigkeitsprüfung unterzogen. Die neue, durch Heißpressen geformte Legierung zeigte nach zehn Schlagen an jedem Prüfling keine Wirkung, während die gegossenen Elemente aus dem gleichen Material nach sechs Schlagen zerstört wurden. Demgegenüber zeigten sämtliche Proben aus Bleitellurid jedoch schon bei der ersten Schlagbeanspruchung Sprünge und brachen bei der zweiten völlig auseinander. Die Schlagfestigkeitsprüfungen demonstrierten somit wiederum eine nennenswerte Überlegenheit der neuen Legierung über die handelsüblichen Zusammensetzungen von Bleitellurid.Samples of the two fabrics were also subjected to impact testing using known methods subjected. The new hot-pressed alloy showed after ten blows on each specimen no effect, while the cast elements of the same material after six blows were destroyed. In contrast, all of the lead telluride samples showed the first one Impact cracks and completely broke apart on the second. The impact strength tests thus again demonstrated one significant superiority of the new alloy over the commercially available compositions of Lead telluride.
Versuche mit anderen verwandten Zusammensetzungen aus Ag, Sb, Ge und Te ergaben erhebliche mechanische Schäden an den Elementen bei periodisch wechselnder thermischer Beanspruchung. Dazu ist zu bemerken, daß Schaden auf Grund thermischer Wechselbeanspruchung in Stoffen mit einem hohen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten wahrscheinlicher sind. Unter Anwendung dilatometrischer Standardmethoden wurden Messungen an Proben sowohl der erfindungsgemäßen als auch an den entsprechenden bekannten Legierungen durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt. Experiments with other related compositions of Ag, Sb, Ge and Te have shown significant results mechanical damage to the elements in the event of periodically changing thermal loads. In addition it should be noted that damage due to thermal cycling in fabrics with a high linear thermal expansion coefficients are more likely. Using standard dilatometric methods measurements were made on samples both of the invention and of the corresponding ones known alloys. The results obtained are shown in Table II.
Durchschnittlicher Koeffizient der linearen
Wärmeausdehnung von Raumtemperatur bis 300° CAverage coefficient of the linear
Thermal expansion from room temperature to 300 ° C
Es ist zu erkennen, daß die neue Legierung mit einem GeTe-Anteil von 80% bei bestimmten Betriebstemperaturen einen etwas höheren Wirkungsgrad ZT aufweist als die andere neue Legierung mit einem GeTe-Anteil von 85°/o. Die bessere Widerstandsfähigkeit gegen periodische thermische Beanspruchung des letzteren Stoffes macht jedoch seine Anwendung zu zahlreichen Zwecken angebrachter. So wurden z. B. Proben mit einem GeTe-Anteil von 85 Molprozent und einem AgSbTe2-Anteil von 15 Molprozent öfter als 25mal mit einer Geschwindigkeit von 50° C pro Minute aufgeheizt und abgekühlt, ohne daß dabei irgendwelche mechanischen Mangel zutage kamen.It can be seen that the new alloy with a GeTe proportion of 80% has a somewhat higher efficiency ZT at certain operating temperatures than the other new alloy with a GeTe proportion of 85%. However, the latter fabric's better resistance to periodic thermal stress makes its use for many purposes more appropriate. So were z. B. Samples with a GeTe content of 85 mole percent and an AgSbTe 2 content of 15 mole percent were heated and cooled more than 25 times at a rate of 50 ° C. per minute without any mechanical defects being revealed.
Die heißen und kalten Polschuhe des Thermoelements (Fig. 1) sind unter den Stoffen auzuwählen, die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzen und die sowohl chemisch als auch physikalisch mit dem hier beschriebenen p-leitenden Thermoelement und dem in Verbindung damit zu verwendenden η-leitenden Thermoelement verträglich sind. Als Polschuhmaterial verwendet man Stoffe, die in den auf Bleitelluridbasis arbeitenden Thermoelementen Verwendung finden, wie z.B. Eisen, Molybdän, Wolfram und Tantal.The hot and cold pole pieces of the thermocouple (Fig. 1) are to be selected from the substances which have good electrical and thermal conductivity and which are both chemically and physically with the p-conducting thermocouple described here and the η-conductive thermocouple to be used in connection therewith are compatible. When Pole shoe material is made up of substances contained in the lead telluride-based thermocouples Find uses, such as iron, molybdenum, tungsten and tantalum.
Thermoelektrische Vorrichtungen, die ein Element vom p-Typ der hier beschriebenen Art benutzen, konnten unter Verwendung eines Elements vom η-Typ aus Blei-Zinn-Tellurid mit einem Polschuh aus Eisen am heißen Ende mit gutem Erfolg hergestellt werden. Die aus der neuen Legierung gefertigten Thermoelemente wurden mit Wismut-Tellurlot und Zinn-Tellurlot mit dem Eisenschuh verlötet und zum Verlöten des Blei-Zinn-Telluridelements mit dem Eisenschuh wurde ein Nickellot verwendet. Mehrere dieser Einrichtungen wurden langer als 1000 Stunden in Betrieb gehalten und brachten Ausgangsleistungen, die erheblich über denen lagen, die sich aus üblichen Stoffen bei einem Temperaturunterschied von 400° K und der heißen Seite auf etwa 750° K erzielen lassen. Das Material für die Polschuhe dieser Ausführungen wurde von der Firma »Crucible Steel Company of America« in Pittsburgh, Pennsylvania, geliefert und trägt die Handelsbezeichnung »Ferrovac E«.Thermoelectric devices employing a p-type element of the type described herein were able to use an η-type element made of lead-tin-telluride with a pole piece can be made from iron at the hot end with good success. Those made from the new alloy Thermocouples were soldered with bismuth tellurium solder and tin tellurium solder with the iron shoe and to Soldering the lead-tin telluride element to the A nickel solder was used for the iron shoe. Several of these facilities were longer than 1000 hours kept in operation and brought output powers that were significantly above those that result from the usual Let substances reach a temperature difference of 400 ° K and the hot side to about 750 ° K. The material for the pole pieces of these designs was made by the Crucible Steel Company of America ”in Pittsburgh, Pennsylvania, and bears the trade name“ Ferrovac E ”.
Ferner wurde eine thermoelektrische Vorrichtung, bestehend aus einem Element des p-Typs aus 85 Molprozent GeTe und 15 Molprozent AgSbTe2 und einem Element vom η-Typ aus Blei-Zinn-Tellurid handelsüblicher Art, mit einem anderen verträglichen heißen Polschuh für die Dauer von über 7000 Stunden betrieben, ohne daß ein Nachlassen der elektrischen Leistung aufgetreten wäre.Furthermore, a thermoelectric device consisting of a p-type element composed of 85 mole percent GeTe and 15 mole percent AgSbTe 2 and an η-type element made of lead-tin-telluride of a commercially available type, with another compatible hot pole piece for the duration of about Operated for 7000 hours without any deterioration in electrical performance.
Obgleich bei den in F i g. 6 dargestellten Untersuchungen als η-leitendes Element eine Blei-Telluridlegierung mit Bleijodid für die thermoelektrische Einrichtung benutzt wurde, weil es vorher in Verbindung mit einem p-leitenden Blei-Telluridelement mit Natrium benutzt worden war, wurde festgestellt, daßAlthough the in F i g. 6 examinations shown as η-conductive element a lead-telluride alloy with lead iodide was used for the thermoelectric device because it was previously in contact with a p-type lead telluride element with sodium had been used, it was found that
ao das p-leitende Thermoelement aus der erfindungsgemäßen Legierung mit gutem Erfolg in Verbindung mit anderen bekannten η-leitenden Thermoelementen in thermoelektrischen Vorrichtungen zusammengefaßt werden kann. So kann die neue Legierung z. B.ao the p-type thermocouple from the invention Alloy with good success in connection with other known η-conducting thermocouples can be summarized in thermoelectric devices. So the new alloy z. B.
als p-leitender Zweig einer thermoelektrischen Einrichtung
ohne weiteres und mit gutem Erfolg zusammen mit einem η-leitenden Zweig aus Blei-Zinntellurid
mit Bleijodid, der für diese Anwendung als geeignet bekannt ist, verwendet werden. Typischerweise
müßte Blei, Zinn, Tellur und das Dotierungsmittel Bleijodid in einem Molekularverhältnis von
0,85 : 0,15 : 1,0 : 0,000625 in einem derartigen n-leitenden Zweig vorhanden sein.
Aus den vorhergehenden Ausführungen geht her-can be used as a p-conductive branch of a thermoelectric device easily and with good success together with an η-conductive branch made of lead-tin telluride with lead iodide, which is known to be suitable for this application. Typically lead, tin, tellurium and the dopant lead iodide would have to be present in such an n-type branch in a molecular ratio of 0.85: 0.15: 1.0: 0.000625.
From the preceding statements it follows
vor, daß bisher niemand eine Legierung ausbefore that so far nobody made an alloy
Ag -Sb -Ge—TeAg -Sb -Ge-Te
mit einer Kristalstruktur, die sowohl rhomboedrische als auch kubisch flächenzentrierte Kristalle enthält, hergestellt hat. Auch wurde bisher keine Legierung hergestellt, die bei 75O0K einen ΖΓ-Wert von über 1,3 oder höher, wie z. B. 1,4 oder 1,5, besitzt. Nach dem bisherigen Stand der Technik sind auch keine derartigen Legierungen bekannt, deren Ausdehnungs-with a crystal structure that contains both rhombohedral and face-centered cubic crystals. No alloy has been prepared, the at 75O 0 K a ΖΓ value of about 1.3 or higher such. B. 1.4 or 1.5 has. According to the previous state of the art, no such alloys are known whose expansion
koeffizienten, ausgedrückt als 10~e cm/cm-0 C, unter 15,0 oder 16,0 liegen, wie z. B. der Ausdehnungskoeffizient 14,1 für eine Legierung mit einem GeTe-Anteil von 85%, der dem Ausdehnungskoeffizienten 21,3 für Legierungen mit einem GeTe-Anteil von 75% und dem Ausdehnungskoeffizienten 17,9 für Legierungen mit einem GeTe-Anteil von 90% als den ähnlichsten bekannten Ag-Sb-Ge-Te-Legierungen dieser Art gegenübergestellt werden kann. Thermoelemente mit solchen Eigenschaften sind bisher nicht herge-coefficients, expressed as 10 ~ e cm / cm- 0 C, are less than 15.0 or 16.0, e.g. B. the expansion coefficient 14.1 for an alloy with a GeTe proportion of 85%, the expansion coefficient 21.3 for alloys with a GeTe proportion of 75% and the expansion coefficient 17.9 for alloys with a GeTe proportion of 90 % as the most similar known Ag-Sb-Ge-Te alloys of this type can be compared. Thermocouples with such properties have not yet been produced
stellt worden.has been presented.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
309 618/151309 618/151
Claims (5)
der Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ^O Mo prozent GeTe und
gekennzeichnet, daß die Schmelze 1.6 Stunden bei , , ,^U Molprozent Ag^bIe2 4. Process for the production of an alloy 15 Mo percent AgSbTe 2 or from
the composition of claim 1, characterized by ^ O Mo percent GeTe and
characterized that the melt 1.6 hours at,,, ^ U mol percent Ag ^ bIe 2
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US50951165A | 1965-11-24 | 1965-11-24 | |
| US50951165 | 1965-11-24 | ||
| DEM0071741 | 1966-11-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1533328B1 DE1533328B1 (en) | 1972-10-05 |
| DE1533328C true DE1533328C (en) | 1973-05-03 |
Family
ID=
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