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炭化ホウ素セラミックスからなる熱電素子及びその製造方法 UPDATE コモンズ

国内特許コード P170014635
整理番号 DP1736
掲載日 2017年10月24日
出願番号 特願2016-011679
公開番号 特開2017-135159
出願日 平成28年1月25日(2016.1.25)
公開日 平成29年8月3日(2017.8.3)
発明者
  • 廣田 健
  • 加藤 将樹
  • 山川 拓真
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 炭化ホウ素セラミックスからなる熱電素子及びその製造方法 UPDATE コモンズ
発明の概要 【課題】熱電特性に優れた炭化ホウ素セラミックスからなる熱電素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】化学式:B1-x(x=0.11~0.13)で表される炭化ホウ素セラミックスからなる熱電素子で、上記xは0.12であることが特に好ましい。上記の熱電素子を製造する際には、非晶質ホウ素と非晶質炭素をB:C=0.89~0.87:0.11~0.13のモル比となるように秤量し、混合を行ない、混合粉末を調製した後、前記混合粉末を用いて金型成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理し、その後、パルス通電加圧焼結して炭化ホウ素セラミックスを合成同時焼結する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


省エネルギー、低炭素社会を実現する為に、廃熱の高度利用が必要不可欠である。その高度利用の一つが熱電発電であり、中・高温度領域で環境に優しく低コストの熱電素子が求められているが、未だ最終的に採用が決定された素材は報告されていない。
炭化ホウ素(B4C)は、軽量(理論密度Dx=2.515 Mg・m-3)、高融点(Tm=2450℃)の物質で、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(c-BN)に次ぐ高硬度(ビッカース硬度Hv:29~33 GPa)や、高い熱伝導性(λ=82.5 W・m-1・K-1 at 425℃)、低電気抵抗率(ρ=3.0~8.0X10-3Ω・m)を示すため、耐摩耗性材料や変形しにくい軽量部材として注目されている。そして、この炭化ホウ素は、以前から熱電特性を示すことが知られているが、多くの炭化ホウ素化合物(BC,B12,B12)の中で最も高い無次元性能指数ZTを示す組成や作製法は知られていない。
発電効率は、無次元性能指数ZT=SσeT/λ〔ここでSはゼーベック係数、σeは電気伝導率、Tは温度、λは熱伝導率〕で評価され、より大きな値であることが好ましい。



又、例えば下記の特許文献1には、ホウ素を0.01~40質量%含有し、抵抗率が4×10-5Ω・m以下である炭素‐炭化ホウ素焼結体を用いた熱電素子、及び、当該炭素‐炭化ホウ素焼結体と、抵抗率が4×10-5Ω・m以下の炭素質材料とを組み合わせた熱電素子が開示されているが、この熱電素子の場合には、ホウ素濃度が40質量%を超えると焼結しにくくなり、焼結体の強度が弱くなるという問題点があった。

産業上の利用分野


本発明は、熱電特性に優れた炭化ホウ素セラミックスからなる熱電素子及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
化学式:B1-x(x=0.11~0.13)で表される炭化ホウ素セラミックスからなることを特徴とする熱電素子。

【請求項2】
請求項1に記載の炭化ホウ素セラミックスからなる熱電素子の製造方法であって、
非晶質ホウ素と非晶質炭素をB:C=0.89~0.87:0.11~0.13のモル比となるように秤量し、混合を行ない、混合粉末を調製する工程と、
前記混合粉末を用いて金型成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理する工程と、
前記の冷間静水圧プレス処理された成形体をパルス通電加圧焼結して炭化ホウ素セラミックスを合成同時焼結する工程
を含むことを特徴とする熱電素子の製造方法。

【請求項3】
前記のパルス通電加圧焼結が、10 Pa以下の真空中で、10~100 MPaの圧力、1600~1950℃の焼結温度、および5~30分の保持時間の条件にて行なわれることを特徴とする請求項2に記載の熱電素子の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016011679thum.jpg
出願権利状態 公開
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