2015
DOI: 10.1007/s10853-015-8820-8
|View full text |Cite
|
Sign up to set email alerts
|

Bonding and high-temperature reliability of NiFeMo alloy/n-type PbTe joints for thermoelectric module applications

Abstract: PbTe is an extremely important thermoelectric (TE) material, due to its high TE conversion efficiency.

Help me understand this report

Search citation statements

Order By: Relevance

Paper Sections

Select...
2
1
1

Citation Types

0
30
0
1

Year Published

2015
2015
2023
2023

Publication Types

Select...
9

Relationship

0
9

Authors

Journals

citations
Cited by 27 publications
(31 citation statements)
references
References 16 publications
0
30
0
1
Order By: Relevance
“…PbTe 热电材料用于温差发电技术可以追溯到 上世纪 60 年代, 为宇宙深空探测器供给持续、 稳定、 可靠的电能, 它以同位素衰减热为热源, 实现了 5%~6%热电转换效率 [15] 。铁用作 PbTe 的电极材料, 与 n 型 PbTe 接触电阻率小于 10 μΩ•cm 2 , 结合强度 甚至大于 PbTe 材料本身; 而 p 型 PbTe 采用 SnTe 半金属作为中间层与 Fe 连接后, 其接触电阻率也小 于 10 μΩ•cm 2 [35] 。Singh 等 [36] 同样采用 Fe 作为接触 材料, 添加 200 μm 厚 0.5PbTe-0.5Fe 混合物作为缓 冲层 600 ℃真空热压制作 n-PbTe 热电臂, 添加 SnTe 中间层形成 p-TAGS-85 热电臂, 通过测量热电偶臂 的内阻推导出平均的界面电阻率小于 7.6 μΩ•cm 2 , 界面电阻占 3.5%的总内阻, 并且界面元素分布清晰 未发生扩散生成化合物。Leavitt 等 [37] 申请的专利中 考虑了 Fe 和 PbTe 的热膨胀系数差异(12×10 −6 和 18×10 −6 K −1 ), 采用 1 mm 厚的 0.75PbTe-0.25Fe 混合 粉末层作为 p 型、 n 型 PbTe 和 Fe 之间的缓冲, 然后 采用真空热压粉末冶金工艺。Xia 等 [38][39][40] 尝试了 Fe、Mo、Ni、NiFeMo、Nb 箔与 n 型 PbTe 粉末热 压 连 接 , Mo 未 能 成 功 键 合 ; 扫 描 电 镜 观 察 了 PbTe/Fe 界面, 发现 Fe 在 PbTe 内能有 20 m 扩散深 度, 浓度依指数关系递减, 但未反应形成铁碲化合 物, 两相界面清晰, 无过渡层; 而 Ni、Nb 连接生成 了 Ni 3 Te 2 和 Nb 3 Te 4 , 但研究未给出这些界面的接触 电阻数据。 此外, Ni 也被尝试用作 PbTe 的接触材料。 Orihashi 等 [41] 发现 Ni/n-PbTe 无明显接触电阻, 而 Ni/p-Pb 0.5 Te 0.5 界面可能由于生成了 Ni 施主能级有 着较大的接触电阻, 通过增加 SnTe 中间层可以降低 该 电 阻 。 放 电 等 离 子 技 术 也 用 于 一 步 烧 结 键 合 n-PbTe 粉末和 Ni 片, 形成 27 μm 厚的 Ni 3 Te 2 中间层, 由 Te 扩散进入 Ni 反应生成, Pb 元素基本无迁移 [4142] 。 Hu 等 [11] [46] 采用电弧喷涂法形成 SKD 的 Mo 金属 化层, 制造了 32 对偶臂的热电器件。但是, Mo 或 Mo-Cu 很难与 SKD 直接键合, 需要引入 Ti 粘附层 [47] , Ti 的热膨胀系数为 8.6×10 −6 K −1 , 比较接近 CoSb 3 的热膨胀系数。Zhao 等 [48][49] [50] 。 Fan 等 [45] [13] Fig. 9 (a) Power generation efficiency of segmented BT/SKD modules and (b) scanning electron microscopy image of SKD/Ti 0.88 Al 0.12 /Ni interface and electrode on hot side [13] 前景。他们设计了…”
Section: Pbte 基热电材料的界面unclassified
“…PbTe 热电材料用于温差发电技术可以追溯到 上世纪 60 年代, 为宇宙深空探测器供给持续、 稳定、 可靠的电能, 它以同位素衰减热为热源, 实现了 5%~6%热电转换效率 [15] 。铁用作 PbTe 的电极材料, 与 n 型 PbTe 接触电阻率小于 10 μΩ•cm 2 , 结合强度 甚至大于 PbTe 材料本身; 而 p 型 PbTe 采用 SnTe 半金属作为中间层与 Fe 连接后, 其接触电阻率也小 于 10 μΩ•cm 2 [35] 。Singh 等 [36] 同样采用 Fe 作为接触 材料, 添加 200 μm 厚 0.5PbTe-0.5Fe 混合物作为缓 冲层 600 ℃真空热压制作 n-PbTe 热电臂, 添加 SnTe 中间层形成 p-TAGS-85 热电臂, 通过测量热电偶臂 的内阻推导出平均的界面电阻率小于 7.6 μΩ•cm 2 , 界面电阻占 3.5%的总内阻, 并且界面元素分布清晰 未发生扩散生成化合物。Leavitt 等 [37] 申请的专利中 考虑了 Fe 和 PbTe 的热膨胀系数差异(12×10 −6 和 18×10 −6 K −1 ), 采用 1 mm 厚的 0.75PbTe-0.25Fe 混合 粉末层作为 p 型、 n 型 PbTe 和 Fe 之间的缓冲, 然后 采用真空热压粉末冶金工艺。Xia 等 [38][39][40] 尝试了 Fe、Mo、Ni、NiFeMo、Nb 箔与 n 型 PbTe 粉末热 压 连 接 , Mo 未 能 成 功 键 合 ; 扫 描 电 镜 观 察 了 PbTe/Fe 界面, 发现 Fe 在 PbTe 内能有 20 m 扩散深 度, 浓度依指数关系递减, 但未反应形成铁碲化合 物, 两相界面清晰, 无过渡层; 而 Ni、Nb 连接生成 了 Ni 3 Te 2 和 Nb 3 Te 4 , 但研究未给出这些界面的接触 电阻数据。 此外, Ni 也被尝试用作 PbTe 的接触材料。 Orihashi 等 [41] 发现 Ni/n-PbTe 无明显接触电阻, 而 Ni/p-Pb 0.5 Te 0.5 界面可能由于生成了 Ni 施主能级有 着较大的接触电阻, 通过增加 SnTe 中间层可以降低 该 电 阻 。 放 电 等 离 子 技 术 也 用 于 一 步 烧 结 键 合 n-PbTe 粉末和 Ni 片, 形成 27 μm 厚的 Ni 3 Te 2 中间层, 由 Te 扩散进入 Ni 反应生成, Pb 元素基本无迁移 [4142] 。 Hu 等 [11] [46] 采用电弧喷涂法形成 SKD 的 Mo 金属 化层, 制造了 32 对偶臂的热电器件。但是, Mo 或 Mo-Cu 很难与 SKD 直接键合, 需要引入 Ti 粘附层 [47] , Ti 的热膨胀系数为 8.6×10 −6 K −1 , 比较接近 CoSb 3 的热膨胀系数。Zhao 等 [48][49] [50] 。 Fan 等 [45] [13] Fig. 9 (a) Power generation efficiency of segmented BT/SKD modules and (b) scanning electron microscopy image of SKD/Ti 0.88 Al 0.12 /Ni interface and electrode on hot side [13] 前景。他们设计了…”
Section: Pbte 基热电材料的界面unclassified
“…The durability of TEGs in terrestrial applications such as automotive exhaust waste heat recovery is still a major issue, whereas in space mission applications thermoelectric generators have proven their reliability over decades of operation [1][2][3][4][5]. Durability issues are partly due to mechanical and thermomechanical stresses arising from external mechanical loads like vibrations as well as fast changing thermal conditions on the hot and cold side and mismatches in the coefficients of thermal expansion [5,6]. Besides failure of the contact between thermoelectric material and metal bridge a fracture of the thermoelectric leg itself is a major concern.…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%
“…Mo is another candidate for metal electrode, and the corresponding diffusion barrier is of NiFeMo layer (82Ni-15Fe-3Mo (wt%) [47]). While bonding, the liquid Pb forms inside the PbTe, and penetrates into NiFeMo film, which leads to the joint failure.…”
Section: Bonding In Pbte-based Modulesmentioning
confidence: 99%