高温熱電エネルギー変換用新素材としてのSICセラミックスの研究

SIC陶瓷作为高温热电能量转换新材料的研究

基本信息

批准号：
62603514
负责人：
河本邦仁
金额：
$ 2.56万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では, 炭化ケイ素セラミックスの耐熱性・耐食性を生かし, 高温で使用可能な熱電変換材料としての諸特性を最大限利用することを目的としている. 今年度の研究により, 多孔質化したSiCセラミックスが従来の熱電変換材料に比較して, 性能指数が約1〜2桁小さいもののその高温特性は十分優れていることを見出した. すなわち, 多孔質化によって熱伝導率は緻密セラミックスの約1/10〜1/100に低減されること, 導電率は単結晶の値に比べて遜色のないこと, ゼーベックス係数の絶対値が温度上昇にともなって増加することを見出し, 高温におけるエネルギー変換効率の大きい材料であることを示した. このゼーベック係数の温度依存性の特異性は, フォノンドラッグ効果を考慮した詳細な理論解析によって良く説明することができた. この解析より, 粒子表面, 粒界, 積層欠陥等によって散乱される音響フォノンが電子を引きずるために見かけ上のゼーベック係数が大きくなることが判明し多孔質微細構造の制御が材料開発の上で重要な鍵を握っていることを指摘した.さらに, 微細構造制御のためのブリカーサー材料として中空状SiC微粒子が有効であるとの観点から, 気相反応(CVD)法によってシランーメタンー水素系からの中空状微粒子生成反応の検討を行った. 合成粉末の組成, 粒子サイズなどは, 反応温度, ガス組成, 全流量などによって変化することを明らかにした. Siリッチ組成の粉末では, 過剰のSiが若干β-SiCに固溶するが残りは未反応のまま粒子のコア部分に残存すること, Cリッチ組成の粉末では粒子はほぼ全て中空状となっているが, 過剰のCはβ-SiCには固溶せず, 中空粒子の殻中にアモルファス相として散在すること等を, X線回析, 透過型電顕観察, 赤外吸収分析などによって確認することができた. これらの粉末に適当な助剤を加えて焼結することにより, 多孔質微細構造の制御が今後可能になるという感触を得た.

这项研究旨在最大程度地提高碳化硅陶瓷的热量和腐蚀性，并充分利用可在高温下使用的热电转化材料的各种特性。今年的研究发现，多孔的SIC陶瓷具有比常规热电转换材料小约1-2个数量级的值，但它们的高温性能足够优异。也就是说，多孔材料将导热率降低至密集陶瓷的约1/10-1/100，电导率与单晶的值相当，并且SeeBEX系数的绝对值随温度升高而增加，这表明它是高温下具有较高能量转换效率的材料。可以通过详细的理论分析来考虑声子阻力效应，可以很好地解释Seebeck系数温度依赖性的特异性。该分析表明，颗粒表面和粒子表面发现明显的塞贝克系数增加了，因为声音子被晶界散布，堆叠缺陷等散射。拖动电子，并且对多孔精细结构的控制是材料开发的重要关键。此外，从空心的SIC细颗粒作为用于良好结构控制的毛孔材料的观点，我们使用气相反应（CVD）研究了来自硅烷甲烷 - 氢化系统的中空微粒形成反应。据表明，合成粉末的组成，粒度等根据反应温度，气体成分和总流量而变化。 In powders with Si rich composition, excess Si dissolves slightly in β-SiC, but the remainder remains in the core part of the particles, while in powders with C rich compositions, almost all of the particles are hollow, but the excess C does not dissolve in β-SiC, The scattering of amorphous phases in the shell of hollow particles was confirmed by X-ray diffraction, transmission electron microscope observation, and infrared吸收分析。通过在这些粉末中添加适当的辅助剂，我们已经达到了一种感觉，即将来可以控制多孔微观结构。