一种与Mg-Si-Sn基热电元件相匹配的分层电极及其连接工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种与Mg-Si-Sn基热电元件相匹配的多层电极及其连接工艺，所述电极分为三层结构，依次为：第一Ni-Al合金层、第二Ni-Al合金层以及单质Ag层。本发明所述多层电极与Mg-Si-Sn基热电元件具有良好的热匹配，能够减小界面热应力，提高服役寿命；具有很小的润湿角，可与导流片直接焊接；具有良好的电性质过渡，接触电阻小于Mg-Si-Sn基热电元件内阻的5％，连接Mg-Si-Sn基热电元件与多层电极的工艺简单而可靠。
【专利说明】—种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的分层电极及其连接工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的分层电极及其连接工艺，属于热电器件电极选择与制备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]热电材料是一种将热能和电能相互转化的功能材料,它利用本身的Seebeck效应将热能直接转化为电能；同时它利用Peltier效应可以将电能转化为热能。由热电材料制备的热电发电元件工作时不需要机械运动部位，也不发生化学反应，具有寿命长，可靠性高，对环境无污染等优点，热电材料元件在航天领域，工业余热，汽车尾气，地热等领域也具有很大的应用潜力。目前，利用热电材料实现低温制冷端技术已经相当成熟，例如碲化铋热电元件已经广泛应用于商业生产，实现了很多产品的制冷要求。而中高温的热电材料如碲化铅、硅锗的制备的元器件在美国等发达国家也开始应用于空间领域。
[0003]Mg2Si热电材料是属于中温领域热电材料，相对其他热电材料而言，它有着原料资源丰富，价格低廉，无毒无污染，密度小等优点，η型掺杂的Mg2Si材料的元器件受到众多学者的重视。热电材料元器件的电极材料的选择必须考虑以下几个方面:在使用温度范围内和相应的热电材料无严重相互扩散或者反应，从而保证热电材料自身性能不受影响；要有较高的电导率和热导率以降低能量的损耗；在使用温度范围内要具有一定的抗氧化性以保证器件的可靠性和使用寿命；最重要的一点是电极材料的热膨胀系数和相应的热电材料匹配以防止产生裂纹从而影响热电传输性能以及热稳定性。目前对于η型掺杂Mg2Si材料的元器件，很多学者直接用Ni作为其电极，因为Ni金属与Mg2Si热电材料达到热膨胀系数的匹配，而且化学性质稳定。也有研究在Ni电极和Mg2Si材料之间引入一层Ni与过渡金属硅化物混合物作为中间层，来达到降低接触电阻的目的。尽管Mg2Si基热电器件的研究颇多，但是η型掺杂Mg2Si热电材料的性能始终不高，很难发展到应用阶段。
[0004]Mg-S1-Sn基热电材料与Mg2Si相比，除了原料资源丰富，价格低廉，无毒无污染夕卜，其热电优值有了很大程度的提高，许多学者均报道了 ZT大于1.10的Mg-S1-Sn基热电材料，若以此为基体材料制得器件，其效率也将较大提高。国内我单位在Mg-S1-Sn基热电材料的制备和器件的制作上做了大量的工作，特别针对电极材料的选择及与Mg-S1-Sn基热电材料与电极材料可靠性连接上做了针对性的研究。在本课题组专利文献CN103219456中，采用N1-Al合金加单质Al作为电极，利用SPS烧结连接制备出Mg-S1-Sn基热电材料元件；本发明在此基础上提出一种能够直接焊接的多层电极，并进一步改进了连接工艺，利用PAS烧结制备Mg-S1-Sn基热电材料元器件，实现Mg-S1-Sn基热电材料与多层电极的良好连接。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的分层电极及其连接工艺，具有良好的热匹配，可以直接与导流片直接焊接，接触电阻小于5%。
[0006]本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
[0007]—种与Mg-S1-Sn基热电兀件相匹配的多层电极,该电极分为三层结构，依次为:弟一 N1-Al合金层、弟_■ N1-Al合金层以及单质Ag层。
[0008]按上述方案，第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为29%?39%，余量为Al元素。
[0009]按上述方案,第二 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为42%?59%,余量为Al元素。
[0010]按上述方案，第一 N1-Al合金层的厚度为0.5?0.8mm ;第二 N1-Al合金层的厚度为0.1?0.2mm ;单质Ag层的厚度为0.4?0.6_。
[0011]本发明所述分层电极与Mg-S1-Sn基热电元件连接时,所述Mg-S1-Sn基热电元件的两端均与所述分层电极相连接，并且是以所述分层电极中的第一 N1-Al合金层作为接触层。
[0012]本发明所述分层电极与热电元件的连接工艺通过放电等离子烧结连接，具体工艺步骤为:
[0013]I)将Mg-S1-Sn基块体热电材料(即Mg-S1-Sn基热电元件)上下表面进行打磨，清除表面杂质；
[0014]2)按照第一 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀，得到第一 N1-Al合金层的原料粉体；
[0015]3)按照第二 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀、压片，真空条件封装至玻璃管，点火发生高温自蔓延反应，将得到的锭体研磨过200目筛，得到第二 N1-Al合金层的原料粉体；
[0016]4)根据第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层、单质Ag层的厚度，在模具中依次均匀铺设单质Ag粉、第二 N1-Al合金层的原料粉体和第一 N1-Al合金层的原料粉体，然后放入Mg-S1-Sn基块体，接着依次均匀铺设第一 N1-Al合金层的原料粉体、第二 N1-Al合金层的原料粉体和单质Ag粉；
[0017]5)将步骤4)装样完毕的模具进行放电等离子烧结(PAS)，即实现Mg-S1-Sn基热电元件与所述多层电极的连接。
[0018]按上述方案，所述的步骤5)中放电等离子烧结的真空度为15?20Pa，烧结压力为1.1MPa，升温速率为50?80°C /min，烧结温度为500?520°C，降温速率为15?20°C /min0
[0019]按上述方案，所述的步骤5)中放电等离子烧结的烧结压力为1.1MPa，开始烧结前将接触压力调到1.1MPa，烧结中保持恒压，降温阶段开始卸压。
[0020]按上述方案，所述的步骤5)中放电等离子烧结的保温时间为I?2min。
[0021]按上述方案，所述Mg-S1-Sn基块体热电材料是由Mg-S1-Sn基热电材料粉末进行放电等离子烧结得到的致密Mg-S1-Sn基块体。其中，Mg-S1-Sn基热电材料粉末是由固相反应制备得到，其进行放电等离子烧结得到致密Mg-S1-Sn基块体时，放电等离子烧结的真空度为15?20Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为620?650°C。
[0022]本发明所述分层电极与热电元件的连接工艺中，第一 N1-Al合金层的原料粉体为Ni单质和Al单质的混合粉体，其在步骤5)的放电等离子烧结(PAS)中能够形成N1-Al合金，实现多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件结合紧密；而第二 N1-Al合金层的原料粉体实质上是由Ni单质和Al单质的混合粉体发生高温自蔓延反应得到的N1-Al合金粉体，它可以避免合金层中Al单质与单质Ag层中Ag单质的接触，防止Al与Ag低共融造成烧结温度的降低，劣化多层电极与Mg-S1-Sn基热电兀件结合强度。
[0023]本发明所述与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极分为三层结构，第一 N1-Al合金层可以自由设计相应的热膨胀系数，达到与Mg-S1-Sn基热电材料良好的热匹配；第二N1-Al合金层作为中间层，可以起到防止Ag层扩散的作用；单质Ag层作为焊接层，具有很小的润湿角，可以直接焊接。该三层结构电极通过PAS烧结，实现与Mg-S1-Sn块体材料的连接。
[0024]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0025]1、本发明所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件具有良好的热匹配，两者良好的热匹配可有效避免由于热膨胀系数差异导致服役时产生微裂纹，尽可能减小了界面热应力，有助于提闻服役寿命；
[0026]2、本发明所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件连接后，以单质Ag层作为外表面，具有很小的润湿角，可与导流片直接焊接；
[0027]3、对于本发明所述多层电极而言，它与Mg-S1-Sn基热电元件具有良好的电性质过渡，接触电阻小于Mg-S1-Sn基热电元件内阻的5 %，连接Mg-S1-Sn基热电元件与多层电极的工艺简单而可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是Mg-S1-Sn基热电元件、第一N1-Al合金层(Ni的质量百分含量依次为29%、34%和39% )层在373?873K温度区间的内的热膨胀系数比较图。
[0029]图2是实施例1所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件连接后的界面二次电子图像。
[0030]图3(a)是实施例1所述多层电极的第一 N1-Al合金层与Mg-S1-Sn基热电元件连接后的界面的二次电子图像，(b)是(a)中沿白色箭头扫描的成分线扫图。
[0031]图1中，本发明所述的多层电极中第一 N1-Al合金层的组成通式用(Al+Xwt%Ni)表不，其中Xwt% Ni表不第一 N1-Al合金层中Ni兀素的质量百分含量。
具体实施方案
[0032]为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于下面的实施例。
[0033]本发明所用的Mg-S1-Sn基热电元件是组成为Mg2(Sia3Sna7)a98Sbatl2的Mg-S1-Sn基热电材料，对于其他组成的Mg-S1-Sn基热电材料做基体的热电元件，本发明所述的电极同样适用。本发明所述的Mg-S1-Sn基热电材料的热膨胀系数在450?850K温度范围内基本在18?20^10^1范围内。
[0034]本发明提供的多层电极的第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为29%?39%，进一步优化第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为34%，其热膨胀系数在450?850K温度范围内基本在18?2(^10-?4范围内，第一 N1-Al合金层与Mg-S1-Sn基热电材料的热膨胀系数比较如图1所示。通过调节第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量使得该多层电极与热电材料达到良好的热匹配，将极大的减小热膨胀系数差异在界面带来的热应力，提高Mg-S1-Sn基热电器件的使用寿命。
[0035]下述实施例中，所述Mg-S1-Sn基热电元件的两端均与所述分层电极相连接，并且是以所述分层电极中的第一 N1-Al合金层作为接触层。
[0036]实施例1
[0037]一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，该电极分为三层结构，依次为:第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层以及单质Ag层。其中，第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为29 %，余量为Al元素，第一 N1-Al合金层厚度为0.5mm ;第二 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为42%,余量为Al元素,第二 N1-Al合金层厚度为0.15mm ;单质Ag层厚度为0.4mm。
[0038]本发明所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺是通过放电等离子烧结(PAS)连接，具体工艺步骤为:
[0039]I)取固相反应制得的Mg-S1-Sn基热电材料粉体6.0g，装入石墨模具中进行第一次PAS烧结，烧时的真空度为15Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为620°C，得到致密的Mg-S1-Sn基热电材料块体(即Mg-S1-Sn基热电元件)，厚度为1mm ；
[0040]2)步骤I)得到的致密Mg-S1-Sn基热电材料块体的上下表面用500目砂纸打磨，清除表面杂质；
[0041]3)按照第一 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀，得到第一 N1-Al合金层的原料粉体；
[0042]4)按照第二 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀、压片，真空条件封装至玻璃管，点火发生高温自蔓延反应，将得到的锭体研磨过200目筛，得到第二 N1-Al合金层的原料粉体；
[0043]5)根据第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层、单质Ag层的厚度，在石墨模具中依次铺上单质Ag粉0.75g、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.lg、第一 N1-Al合金层的原始粉体0.4g，然后放入步骤2)处理后的Mg-S1-Sn基热电材料块体，接着依次铺上第一 N1-Al合金层的原始粉体0.4g、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.1g和单质Ag粉0.75g ；
[0044]6)将步骤5)装样完毕的模具进行第二次PAS烧结，真空度为15Pa，接触压力为1.1MPa，升温和保温过程中保持压力恒定为接触压力，升温速率为60°C /min,当温度升高到520°C时，保温lmin，然后开始卸压降温，降温速率为15°C /min，烧结完毕即实现Mg-S1-Sn基热电元件与所述多层电极的连接。
[0045]本实施例所制备的多层电极厚度分布为:第一 N1-Al合金层厚0.5mm ;第二 N1-Al合金层厚0.15mm ;单质Ag层厚0.4mm。由图2可知,所得到的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件接触良好，经过扫描电镜观察没有裂纹；由图3(a)和(b)可知，Mg-S1-Sn基热电元件与多层电极之间没有明显的互扩散，说明本发明中的Mg-S1-Sn基热电元件与所得到的多层电极结合良好，具有良好的热匹配。经检测，所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的接触电阻小于Mg-S1-Sn基热电元件内阻的5%，具有良好的电性质过渡。
[0046]实施例2
[0047]—种与Mg-S1-Sn基热电兀件相匹配的多层电极,该电极分为三层结构，依次为:第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层以及单质Ag层。其中，第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为29 %，余量为Al元素，第一 N1-Al合金层厚度为0.8mm ;第二 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为59%,余量为Al元素,第二 N1-Al合金层厚度为0.15mm ;单质Ag层厚度为0.6mm。
[0048]本发明所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺是通过放电等离子烧结(PAS)连接，具体工艺步骤为:
[0049]I)取固相反应制得的Mg-S1-Sn基热电材料粉体6.0g，装入石墨模具中进行第一次PAS烧结，烧时的真空度为15Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为630°C，得到致密的Mg-S1-Sn基热电材料块体(即Mg-S1-Sn基热电元件)，厚度为1mm ；
[0050]2)步骤I)得到的致密Mg-S1-Sn基热电材料块体的上下表面用500目砂纸打磨，清除表面杂质；
[0051]3)按照第一 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀，得到第一 N1-Al合金层的原料粉体；
[0052]4)按照第二 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀、压片，真空条件封装至玻璃管，点火发生高温自蔓延反应，将得到的锭体研磨过200目筛，得到第二 N1-Al合金层的原料粉体；
[0053]5)根据第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层、单质Ag层的厚度，在石墨模具中依次铺上单质Ag粉lg、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.lg、第一 N1-Al合金层的原始粉体0.6g，然后放入步骤2)处理后的Mg-S1-Sn基热电材料块体，接着依次铺上第一 N1-Al合金层的原始粉体0.6g、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.1g和单质Ag粉Ig ；
[0054]6)将步骤5)装样完毕的模具进行第二次PAS烧结，真空度为15Pa，接触压力为1.1MPa，升温和保温过程中保持压力恒定为接触压力，升温速率为60°C /min,当温度升高到510°C时，保温2min，然后开始卸压降温，降温速率为15°C /min，烧结完毕即实现Mg-S1-Sn基热电元件与所述多层电极的连接。
[0055]本实施例所制备的多层电极厚度分布为:第一 N1-Al合金层厚0.8mm ;第二 N1-Al合金层厚0.15mm ;单质Ag层厚0.6mm。经扫描电镜观察,所得到的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件接触良好，没有明显裂纹和互扩散，说明本发明中的Mg-S1-Sn基热电元件与所得到的多层电极结合良好，具有良好的热匹配。经检测，所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的接触电阻小于Mg-S1-Sn基热电元件内阻的5 %，具有良好的电性质过渡。
[0056]实施例3
[0057]一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，该电极分为三层结构，依次为:第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层以及单质Ag层。其中，第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为39 %，余量为Al元素，第一 N1-Al合金层厚度为0.8mm ;第二 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为42%,余量为Al元素,第二 N1-Al合金层厚度为0.15mm ;单质Ag层厚度为0.6mm。
[0058]本发明所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺是通过放电等离子烧结(PAS)连接，具体工艺步骤为:
[0059]I)取固相反应制得的Mg-S1-Sn基热电材料粉体6.0g，装入石墨模具中进行第一次PAS烧结，烧时的真空度为15Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为640°C，得到致密的Mg-S1-Sn基热电材料块体(即Mg-S1-Sn基热电元件)，厚度为1mm ；
[0060]2)步骤I)得到的致密Mg-S1-Sn基热电材料块体的上下表面用500目砂纸打磨，清除表面杂质；
[0061]3)按照第一 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀，得到第一 N1-Al合金层的原料粉体；
[0062]4)按照第二 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀、压片，真空条件封装至玻璃管，点火发生高温自蔓延反应，将得到的锭体研磨过200目筛，得到第二 N1-Al合金层的原料粉体；
[0063]5)根据第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层、单质Ag层的厚度，在石墨模具中依次铺上单质Ag粉lg、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.lg、第一 N1-Al合金层的原始粉体0.6g，然后放入步骤2)处理后的Mg-S1-Sn基热电材料块体，接着依次铺上第一 N1-Al合金层的原始粉体0.6g、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.1g和单质Ag粉Ig ；
[0064]6)将步骤5)装样完毕的模具进行第二次PAS烧结，真空度为15Pa，接触压力为1.1MPa，升温和保温过程中保持压力恒定为接触压力，升温速率为60°C /min,当温度升高到510°C时，保温2min，然后开始卸压降温，降温速率为15°C /min，烧结完毕即实现Mg-S1-Sn基热电元件与所述多层电极的连接。
[0065]本实施例所制备的多层电极厚度分布为:第一 N1-Al合金层厚0.8mm ;第二 N1-Al合金层厚0.15mm ;单质Ag层厚0.6mm。经扫描电镜观察,所得到的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件接触良好，没有明显裂纹和互扩散，说明本发明中的Mg-S1-Sn基热电元件与所得到的多层电极结合良好，具有良好的热匹配。经检测，所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的接触电阻小于Mg-S1-Sn基热电元件内阻的5 %，具有良好的电性质过渡。
[0066]实施例4
[0067]一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，该电极分为三层结构，依次为:第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层以及单质Ag层。其中，第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为39 %，余量为Al元素，第一 N1-Al合金层厚度为0.5mm ;第二 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为59%,余量为Al元素,第二 N1-Al合金层厚度为0.15mm ;单质Ag层厚度为0.4mm。
[0068]本发明所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺是通过放电等离子烧结(PAS)连接，具体工艺步骤为:
[0069]I)取固相反应制得的Mg-S1-Sn基热电材料粉体6.0g，装入石墨模具中进行第一次PAS烧结，烧时的真空度为15Pa，烧结压力为35MPa，烧结温度为650°C，得到致密的Mg-S1-Sn基热电材料块体(即Mg-S1-Sn基热电元件)，厚度为1mm ；
[0070]2)步骤I)得到的致密Mg-S1-Sn基热电材料块体的上下表面用500目砂纸打磨，清除表面杂质；
[0071]3)按照第一 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀，得到第一 N1-Al合金层的原料粉体；
[0072]4)按照第二 N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀、压片，真空条件封装至玻璃管，点火发生高温自蔓延反应，将得到的锭体研磨过200目筛，得到第二 N1-Al合金层的原料粉体；
[0073]5)根据第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层、单质Ag层的厚度，在石墨模具中依次铺上单质Ag粉0.75g、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.lg、第一 N1-Al合金层的原始粉体0.4g，然后放入步骤2)处理后的Mg-S1-Sn基热电材料块体，接着依次铺上第一 N1-Al合金层的原始粉体0.4g、第二 N1-Al合金层的原始粉体0.1g和单质Ag粉0.75g ；
[0074]6)将步骤5)装样完毕的模具进行第二次PAS烧结，真空度为15Pa，接触压力为1.1MPa，升温和保温过程中保持压力恒定为接触压力，升温速率为60°C /min,当温度升高到500°C时，保温2min，然后开始卸压降温，降温速率为15°C /min，烧结完毕即实现Mg-S1-Sn基热电元件与所述多层电极的连接。
[0075]本实施例所制备的多层电极厚度分布为:第一 N1-Al合金层厚0.5mm ;第二 N1-Al合金层厚0.15mm ;单质Ag层厚0.4mm。经扫描电镜观察,所得到的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件接触良好，没有明显裂纹和互扩散，说明本发明中的Mg-S1-Sn基热电元件与所得到的多层电极结合良好，具有良好的热匹配。经检测，所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的接触电阻小于Mg-S1-Sn基热电元件内阻的5 %，具有良好的电性质过渡。
[0076]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，其特征在于所述电极分为三层结构，依次为:第一 N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层以及单质Ag层。
2.根据权利要求1所述的一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，其特征在于所述第一 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为29%?39%,余量为Al元素。
3.根据权利要求1所述的一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，其特征在于所述第二 N1-Al合金层中Ni元素的质量百分含量为42%?59%,余量为Al元素。
4.根据权利要求1所述的一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，其特征在于所述第一 N1-Al合金层的厚度为0.5?0.8mm ;所述第二 N1-Al合金层的厚度为0.1?0.2mm ;所述单质Ag层的厚度为0.4?0.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种与Mg-S1-Sn基热电元件相匹配的多层电极，其特征在于所述Mg-S1-Sn基热电元件的两端均与所述分层电极相连接，并且是以所述分层电极中的第一 N1-Al合金层作为接触层。
6.权利要求1-5之一所述多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺，其特征在于具体工艺步骤为: 1)将Mg-S1-Sn基块体热电材料上下表面进行打磨，清除表面杂质； 2)按照第一N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀，得到第一 N1-Al合金层的原料粉体； 3)按照第二N1-Al合金层中Ni元素、Al元素的质量百分含量称取单质Ni粉和单质Al粉，混合研磨均匀、压片，真空条件封装至玻璃管，点火发生高温自蔓延反应，将得到的锭体研磨过200目筛，得到第二 N1-Al合金层的原料粉体； 4)根据第一N1-Al合金层、第二 N1-Al合金层、单质Ag层的厚度，在模具中依次铺单质Ag粉、第二 N1-Al合金层的原料粉体和第一 N1-Al合金层的原料粉体，然后放入Mg-S1-Sn基块体，接着依次铺第一N1-Al合金层的原料粉体、第二N1-Al合金层的原料粉体和单质Ag粉； 5)将步骤4)装样完毕的模具进行放电等离子烧结(PAS)，即实现Mg-S1-Sn基热电元件与所述多层电极的连接。
7.根据权利要求6所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺，其特征在于所述的步骤5)中放电等离子烧结的真空度为15?20Pa，烧结压力为1.1MPa，升温速率为50?80°C /min，烧结温度为500?520°C，降温速率为15?20°C /min。
8.根据权利要求6所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺，其特征在于所述的步骤5)中放电等离子烧结的烧结压力为1.1MPa，开始烧结前将接触压力调到1.1MPa,烧结中保持恒压，降温阶段开始卸压。
9.根据权利要求6所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺，其特征在于所述的步骤5)中放电等离子烧结的保温时间为I?2min。
10.根据权利要求6所述的多层电极与Mg-S1-Sn基热电元件的连接工艺，其特征在于所述Mg-S1-Sn基块体热电材料是由Mg-S1-Sn基热电材料粉末进行放电等离子烧结得到的致密Mg-S1-Sn基块体。
【文档编号】H01L35/34GK104362249SQ201410647299
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】鄢永高, 邱思源, 唐新峰, 苏贤礼 申请人:武汉理工大学