ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ НАНОСТРУКТУРНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ БЫСТРОЙ ЗАКАЛКОЙ РАСПЛАВА В ЖИДКОСТЬ И СПИННИНГОВАНИЕМ РАСПЛАВА

Продолжена разработка оптимальных составов, технологических условий получения гранул наноструктурированных материалов твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы р- и п-типа проводимости закалкой расплава в жидкости, способов их измельчения и режимов компактирования для повышения их термоэлектрических и механических свойств. Проведены микрорентгеноспектральный и структурный анализы образцов. В температурном интервале 100 - 700 К исследованы термоэлектрические и механические свойства материалов и определены наиболее эффективные составы и режимы их получения для различных температурных уровней применения. Наиболее высокой термоэлектрической добротностью и механической прочностью обладают образцы, полученные методом экструзии из гранул, измельченных в планетарной мельнице. Для материалов р-типа проводимости Bi₀,₄Sb₁,₆Te₃ получено (ZТ)max=1,3 при 370 К. Для материалов n-типа проводимости: Bi₂Te₂,₇₆Se₀,₂₄, легированных 0,015 и 0,02 %мас. CdCl₂ и избытком теллура (ZТ)max=0,84 при 350 К и (ZT)max=1,0 при 420 K, соответственно. Пределы прочности при 300 К для таких материалов составляют (110 - 140) МПа (р-тип проводимости) и (190 - 260) МПа (n-тип проводимости). Испытания образцов на сжатие при температурах 423, 523 и 623 К показали, что при этих температурах у материалов твердых растворов на основе халькогенидов висмута и сурьмы как р- так и n-типа проводимости, полученных методом быстрой кристаллизации расплава, не наблюдалось заметного уменьшения предела прочности образцов. Следовательно, данные материалы не будут разрушаться в термоэлектрических устройствах с температурой горячих спаев 623 - 673 К. На основе разработанной программы расчета характеристик модулей с учетом температурных зависимостей термоэлектрических параметров материалов ветвей определены оптимальные сочетания р- и n-ветвей с точки зрения наилучшего согласования ветвей и наибольшей эффективности модулей при различных температурах горячих спаев.