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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.

This study aims to maximize the utilization of the heat resistance and food resistance of carbonized materials at high temperatures. In this year's research, porous SiC has been found to have excellent high temperature characteristics compared with traditional thermoelectric materials, with a performance index of about 1 ~ 2. The thermal conductivity decreases by about 1/10 ~ 1/100 due to porosity, and the thermal conductivity decreases by about 1/10 ~ 1/100 due to porosity, and the thermal conductivity decreases by about 1/10 ~ 1/100 due to porosity. The specificity of temperature dependence of the coefficient is discussed in detail in theoretical analysis. This analysis shows that the particle surface, grain boundary, and build-up defects are scattered and the sound is reflected in the electrons. However, the coefficient of the upper surface is too large. This makes it clear that the control of porous microstructures is an important key in material development. In addition, the micro-structure manufacturing method is used to study the formation of hollow SiC particles by CVD method. Composition of synthetic powder, particle size, reaction temperature, composition, total flow rate, temperature change, temperature change Si-SiC powder composition: Si, C, Si, Si, C, Si, C, Si, Si, Si, Red absorption analysis is performed to confirm the presence of the compound. This powder is suitable for sintering, and porous microstructure can be manufactured in the future.