초록 ▼

방전플라즈마 소결법은 2min의 짧은 소결시간으로도 고밀도의 소결체를 얻을 수 있었으며 굽힘강도는 주조재의 3배의 값이 얻어졌다. 소결체는 n형 90％Bi₂Te₃-10Bi₂Se₃ ＋ 0.05wt.％ SbI₃ 조성과 p형 25％Bi₂Te₃-75Sb₂Te₃ ＋ 2wt.％ Te조성에서 열전특성이 가장 우수하였으며 성능지수는 각각 2.7×$10{-3}$/K, 2.9×$10{-3}$/K이었다. n형 p형 열전재료는 solder와의 젖음성이 매우 불량하였으며 열노출에 의해서 계면반응층이 크게 성장하였다.

방전플라즈마 소결법은 2min의 짧은 소결시간으로도 고밀도의 소결체를 얻을 수 있었으며 굽힘강도는 주조재의 3배의 값이 얻어졌다. 소결체는 n형 90％Bi₂Te₃-10Bi₂Se₃ ＋ 0.05wt.％ SbI₃ 조성과 p형 25％Bi₂Te₃-75Sb₂Te₃ ＋ 2wt.％ Te조성에서 열전특성이 가장 우수하였으며 성능지수는 각각 2.7×$10{-3}$/K, 2.9×$10{-3}$/K이었다. n형 p형 열전재료는 solder와의 젖음성이 매우 불량하였으며 열노출에 의해서 계면반응층이 크게 성장하였다.또한 모듈 제조시 도금을 하지 않은 경우, soldering 후에 접합부에서 쉽게 분리되었지만 Ni-B 도금을 한 경우는 젖음성 및 접합 강도가 크게 개선되었다. Ni과 열전재료를 동시에 소결한 소결체 역시 soldering 특성이 매우 양호하였다. 도금한 소자와 일체형 소자를 이용해 제조한 모듈의 성능지수는 두 경우 모두 유사한 값이 얻어졌다. 이상의 결과로부터 동시소결체는 모듈 제조공정을 단축시킬 수 있는 아주 유효한 제조방법이라고 판단된다.

Abstract ▼

For the first year studies in this project, Bismuth telluride based compounds used thermoelectric cooling materials were produced by the powder metallurgical methods and then their thermoelectric properties were evaluated. For the second year projects, packaging technology need to prepare thermoelec

For the first year studies in this project, Bismuth telluride based compounds used thermoelectric cooling materials were produced by the powder metallurgical methods and then their thermoelectric properties were evaluated. For the second year projects, packaging technology need to prepare thermoelectric cooling modules were studied. The main contents are consisted of three parts as follows;
1) In this study, we fabricated the n-type and p-type thermoelectric materials by powder metallurgical technologies such as cold press+sintering, vacuum hot pressing, hot extrusion and spark plasma sintering and then investigated their thermoelectric properties.
2) The effects of bonding temperature and time for metal/ceramic bonding were studied.
3) The Jt-shaped thermocouples were fabricated from the sintered n-type and p-type legs and copper electrodes and reaction layers between thermo elements and solders were analyzed after thermal exposure at temperature range 70 -150 "C for 800hr.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...4
• Summary ...6
• 목차 ...9
• 제 1 장 서론...12
• 제 1 절 연구의 필요성...12
• 제 2 절 연구의 목표...13
• 1. 기술개발의 최종목표...13
• 2. 연도별 개발목표...14
• 제 2 장 Bi-Te계 열전재료의 열전특성...16
• 제 1 절 이론적 배경...16
• 1. 열전변환의 물리적 현상...16
• 제 2 절 제조공정에 따른 열전특성...19
• 1. 실험방법...19
• 2. cold press+sintering에 의해 제조된 소결체의 열전특성...19
• 3. hot press법으로 제조된 소결체의 열전특성...20
• 4. hot extrusion으로 제조된 압출재의 열전특성...22
• 5. 방전플라즈마 소결법으로 제조된 소결체의 열전특성...24
• 제 3 절 열전특성에 미치는 어닐링의 영향...29
• 1. 실험방법...29
• 2. 분말제조 조건 및 어닐링에 의한 산소농도 변화...29
• 3. 열전특성에 미치는 어닐링의 영향...31
• 제 4 절 참고문헌...37
• 제 3 장 급속코팅 세라믹 기판의 개발...90
• 제 1 절 이론적 배경...90
• 1. 금속/세라믹의 접합 방법...90
• 2. 금속-기체 Eutectic Melt를 이용한 직접접합 방법...91
• 3. Sputtering을 이용한 직접접합 방법...91
• 4. 동/세라믹 직접접합 및 메탈라이징 원리...92
• 5. 접촉각의 감소...93
• 6. 젖음성 및 접착성...95
• 제 2 절 메탈라이징...97
• 1. 실험방법...97
• 2. 대기소성온도에 따른 소성면의 형상 및 생성상의 변화...98
• 3. 환원의 영향...101
• 4. 전기적 특성...102
• 제 3 절 직접접합...103
• 1. 실험방법...103
• 2. 대기중 Cu의 산화 열처리 효과...104
• 3. Cu 두께에 따른 직접접합 온도의 영향...105
• 4. 접합 계면의 미세조직...105
• 5. Peel strength...106
• 6. 파단면 조직 및 계면분석...106
• 제 4 절 스퍼터링법...109
• 1. 실험방법...109
• 2. 스퍼터링법에 의한 형성면의 두께와 산화후 표면상태 분석...110
• 3. 스퍼터링법에 의한 형성면과 접합 전후 XRD분석...111
• 4. 산화막과 안정화 처리의 영향...111
• 5. 스퍼터링법의 접합 조건...112
• 6. Peel strength...112
• 7. 파단면 관찰 및 성분분석...113
• 제 5 절 참고문헌...114
• 제 4 장 열전냉각 모듈의 제조...134
• 제 1 절 서론...134
• 제 2 절 Soldering 특성...136
• 1. 실험방법...136
• 2. soldering 합금 및 젖음성 시험...137
• 3. π형 모듈의 시효처리에 따른 계면분석...138
• 제 3 절 일체형 소자의 제조...141
• 1. 실험방법...141
• 2. 동시 소결체의 시효처리에 따른 계면반응층 분석...141
• 3. 일체형소자의 열전특성...143
• 제 4 절 skeleton구조 열전냉각 모듈의 제조...144
• 1. 소자 제조 및 가공...144
• 2. 소자 도금...144
• 3. soldering 및 조립...145
• 제 5 절 skeleton구조 열전냉각 모듈의 성능평가...146
• 1. 성능지수 및 전기저항 측정...146
• 2. 열전능 측정...146
• 3. 최대 △T 및 방열판의 방열능 측정...147
• 제 6 절 참고문헌...148
• 제 5 장 결론...168
• 최종보고서 초록...173