專利名稱：：用于生產(chǎn)熱電元件材料的燒結體的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)熱電元件材料的燒結體的方法，其最好被用于制備用于熱電模塊的熱電元件，該熱電元件為利用帕爾鐵(Peltier)效應的溫控元件。如圖12A和12B中所示，傳統(tǒng)的熱電模塊100作為熱電元件設置有N-型和P-型半導體元件110、120的結構，其被排布成矩陣形式，從而每個N-型半導體元件110被相隔所需的空間與P-型半導體元件120相鄰設置，設置在該結構的頂面上的上部電極130被根據(jù)第一電路圖形連接在相鄰的半導體元件110和120之間，設置在結構的底面上的下部電極140被根據(jù)與第一電路圖不同的第二圖形連接在相鄰的半導體元件110和120之間，將諸如被燒結的氧化鋁片的陶瓷片150與上部和下部電極130和140相黏結。例如，如圖12B中所示，當向熱電模塊100提供直流時，每個上部電極130具有從N-型半導體元件110流向P-型半導體元件120的電流，而另外一方面，每個下部電極140具有從P-型半導體元件120流向N-型半導體元件110的電流。此時，上部電極130通過陶瓷片150從周圍吸收熱量，而下部電極140通過陶瓷片150向周圍輻射熱量。因此，熱電模塊100象一種熱泵一樣進行工作，用于將熱量從一側輸送到相對的另外一側，這就是所公知的帕爾鐵效應。根據(jù)此原理，可使用熱電模塊100作為電子元件或電路板的溫控元件?？筛鶕?jù)在日本專利早期公開[KOKAI]No．9-321357中揭示的下述方法生產(chǎn)熱電元件110、120。即，如圖13中所示，將用于熱電元件的坯料在非氧化氣氛中進行球磨，以獲得其粉料。在將粉料裝入到由諸如鋁等金屬材料制成的封殼中之后，對封殼進行抽空以獲得用于擠壓的坯段。如圖14中所示，然后通過使用擠壓模具70進行擠壓操作以減少坯段72的直徑。在圖14中，標號76表示填充在封殼74中的熱電元件材料。接著，進行熱處理以燒結被加工的坯段的中的粉末。通過從封殼中取出所獲得的燒結的料體，可獲得一個熱電元件材料的燒結體的細棒。在上述的方法中，由于預先對坯料進行球磨，可減少坯料中合金成分的偏析，即可減少坯料中合金成分的非均勻性。其結果，可降低熱電元件在熱電性能和機械性能方面的變化。另外，與從坯料直接切出熱電元件的情況相比，可大大的減少熱電元件發(fā)生碎裂或破碎的可能性。因此，由于通過熱處理可提高熱電元件的機械強度，從而可提高熱電元件的產(chǎn)量。為此，熱電模塊100的熱泵性能大大的依賴于熱電元件110、120的熱電性能。通過在坯料中使合金成分均勻分布、減少在熱電元件中引入的雜質(zhì)量、和／或熱電元件材料的特定晶面的定向程度可提高熱電性能。在上述的方法中，由于對坯料進行球磨，可使得合金成分進行均勻的分布。然而，通常在所獲得的熱電元件粉末材料中的雜質(zhì)量會增大。因此，對提高熱電性能存在一定的限制。另一方面，當所謂的熱電元件材料的“C”晶面的特定晶面定向程度提高時，也可大大的提高熱電性能。即，當沿晶向?qū)⒅绷魈峁┑綗犭娫r，可獲得改進的熱電性能。在上述的方法中，由于對坯料進行球磨，熱電元件材料的粉末在“C”晶面上隨機取向。雖然通過對其中具有粉末的封殼進行擠壓步驟可一定程度的提高“C”晶面的定向程度，但不足以獲得優(yōu)良的熱電性能。本發(fā)明的一個主要的目的在于提供一種生產(chǎn)用于熱電元件的材料的燒結體，該熱電元件具有優(yōu)良的熱電性能和機械性能，其最好被用于生產(chǎn)使用帕爾鐵效應進行溫控的熱電模塊。也就是說，通過下述的方法產(chǎn)生燒結體。提供一種用于熱電元件的料塊。該料塊具有電流通過方向，其中通過提供電流而獲得熱電元件的所需的熱電性能。將料塊封閉在細長封殼中，從而料塊的電流通過方向基本上與封殼的軸向相一致。在對封殼進行抽空后，進行用于減少與封殼的軸向相垂直的截面的成型操作，以獲得成型的封殼，在其中具有通過成型操作而被壓碎的密實毛坯塊。然后進行熱處理，以燒結在成型封殼中的密實毛坯。最后，從被成型的封殼中取出被燒結的料體。在本發(fā)明的上述方法中，封殼最好由金屬材料構成，在高于熱處理的溫度范圍，該材料比用于熱電元件的材料具有更低的線性膨脹系數(shù)。在此情況下，正如后面將詳細描述的，可有效的進行熱處理。在上述的本發(fā)明的方法中，最好逐步的進行成型操作，以獲得具有所需截面的成型封殼。在此情況下，在成型操作期間最好進行退火處理。通過退火處理可有效的保證完成成型操作而不會損壞封殼。本發(fā)明的另外的一個目的在于提供一種生產(chǎn)用于熱電元件的材料燒結體的方法，其中的熱電元件具有優(yōu)良熱電性能和機械性能，其最好用于生產(chǎn)具有改進熱泵性能的熱電模塊。即，通過下面的方法生產(chǎn)燒結體。提供通過單向固化制備的用于熱電元件的坯料。坯料被封裝在細長的封殼中，從而坯料的固化方向基本上與封殼的軸向一致。在對封殼抽空后，進行成型操作，以降低與封殼的軸向垂直的截面，從而獲得成型的封殼，該封殼具有通過在其中進行成型操作而被粉碎的密實的坯料。然后進行熱處理，以燒結在成型封殼中的密實坯料。最后，從成型的封殼中取出被燒結的料體。另外，通過下面的方法可生產(chǎn)燒結料體。即，制備具有軸向的預-燒結體，其中大致定向了用于熱電元件的材料的特定晶面。最好通過研磨借助單向固化制備的用于熱電元件的材料的坯料制備預-燒結體，以獲得其粉末，并在非氧化氣氛中對其進行熱壓。接著，將預-燒結體封裝在細長的封殼中，從而預燒結體的受壓方向與封殼的軸向一致。在抽空封殼后，逐步進行用于減少與封殼的軸向垂直的截面的成型操作，以獲得成型的封殼，該封殼具有通過在其中進行成型操作而被碎化的密實的預燒結體的坯料。然后進行熱處理以燒結處于成型封殼中的密實坯料。最后，從成型的封殼中取出被燒結體。通過下面結合相應的附圖并對本發(fā)明的具體實施例的詳細描述回對本發(fā)明的優(yōu)點有更清楚的了解。圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于生產(chǎn)熱電元件材料的燒結體的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的將料棒封裝在細長的封殼中的步驟的透視圖3為被封裝在封殼中的坯料棒的截面圖；在圖4A和4B中，圖4A為由單個料棒和隔離體構成的柱狀件的透視圖，而圖4B為由多個料棒和隔離體構成的柱狀件的透視圖；圖5為拉床的示意圖；圖6A和6B為分別用于滾壓操作的一對輥子的透視圖和正視圖；圖7A和7B為旋鍛機的透視圖和正視圖；圖8為在第一實施例中描述的第一實驗結果的示意圖；圖9為在第一實施例中描述的第二實驗結果的示意圖；圖10為熱電元件的性能指標和熱處理溫度之間關系的曲線圖；圖11A為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于制備熱電元件用材料的坯段的工藝的流程圖；圖11B為根據(jù)第二實施例的將坯段封裝到封殼中的步驟的透視圖；圖12A和12B為傳統(tǒng)的熱電模塊的透視圖和截面圖；圖13為生產(chǎn)熱電元件材料的燒結體的傳統(tǒng)方法的流程圖；及圖14為傳統(tǒng)方法的擠壓步驟的示意圖。下面參考相應的附圖對本發(fā)明的最佳實施例進行詳細描述。(第一實施例)通過下面根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的方法可生產(chǎn)用于熱電元件的燒結體，圖1中示出了其流程圖?！恫襟E10》在步驟10中，提供一個通過單向固化制備的用于熱電元件的材料的坯料棒1。對于用于熱電元件的材料，比如，對于N-型熱電元件最好使用Bi2Te3，對于P-型熱電元件使用Sb2Te3。在受控的條件下，單向固化是公知的用于固化晶體材料的技術，從而所需的晶面被定向在固化的方向上。用于熱電元件的材料為脆性化合物，并具有作為解理面的所謂的“C”晶面。在本實施例中所使用的坯料棒1的特征在于其“C”晶面基本上定向在固化方向上，這與坯料棒的軸向一致。如上所述，熱電模塊的熱泵性能主要依賴于所使用的熱電元件的熱電性能。熱電性能值根據(jù)被提供到熱電元件的電流的方向而改變。當提供到熱電元件上的電流方向與“C”晶面的方向一致時，可獲得高的熱電性能值。因此，當熱電元件中的“C”晶面的定向程度高時，可獲得較高的熱電性能。在本實施例中使用的坯料棒1是通過單向固化制備的，由此熱電元件的材料的“C”晶面(解理面)基本上定向在坯料棒的軸向上，即坯料棒的固化方向。這意味著坯料棒1具有電流通過方向，其中通過提供電流而獲得熱電元件的優(yōu)良的熱電性能。在本實施例中可使用通過單向固化而制備的滿足上述條件的坯料。《步驟11》在步驟11中，將坯料棒1封裝到封殼2中，從而坯料的固化方向基本上與封殼的軸向一致，如圖2中所示。作為封殼2，最好使用由諸如鋁、鐵或鋼等金屬材料制成的封殼。當坯料棒1為圓棒形時，最好使封殼2的結構適合將坯料棒放入其中。換句話說，封殼的結構最好使得坯料棒的直徑略微小于封殼2的內(nèi)徑。例如，如圖3中所示，當坯料棒1的直徑D1為7mm，公差為+0．000，-0．012mm，封殼2的內(nèi)徑D2最好為7mm，而公差為+0．012，-0．000。另一方面，如圖4A中所示，當使用具有長方形棒狀的坯料棒1A時，封殼2的結構最好使得由單個坯料棒1A和四個隔離體5構成的柱狀件可容于其中。另外，當封殼2的結構使得由多個長方形坯料棒1A和四個隔離體5A構成的大的柱狀件可放入其中時，如圖4B中所示，通過本發(fā)明的方法可生產(chǎn)具有用于熱電元件的材料的大直徑的燒結體。隔離體5，5A最好由與封殼2相同的材料構成。因此，本發(fā)明的一個重要的特征在于不需對坯料棒進行研磨而將用于熱電元件的材料的坯料棒1，1A放入到封殼2中?！恫襟E12》在用蓋3蓋住封殼2后，對封殼進行抽空，以獲得坯段4用于下面的成型操作?！恫襟E13》接著，對坯段4進行成型操作以減少與坯段的軸向垂直的截面。對于成型操作，最好選擇拉棒機、滾壓機或旋鍛機。例如，通過使用拉床可進行拉棒操作，如圖5中所示。拉床設置有拉模20、拉車21(其帶有用于卡住坯段4的頂端的卡具22)、用于在拉伸方向推動拉車的鏈23，和用于將拉車與鏈相連的掛鉤24。通過借助減速機構(未示出)與電機(未示出)相連的鏈輪25驅(qū)動鏈23。標號26表示用于拉模的支撐臺。當逐步進行拉伸操作以獲得坯段的所需的截面時，所提供的成型坯段的直徑在縱向上的精度為±0．02mm。另一方面，可使用一對輥子進行滾壓操作，其中每個具有寬度和深度尺寸彼此不同的槽。例如，如圖6A和6B中所示，輥子30具有6個不同的槽31，從而從輥子的一端到相對的一端槽的寬度和深度的尺寸逐漸減少，即從圖6B中所示的輥子30的左側向著右側。每個槽31都具有90度的孔徑角。坯段4被插入在槽31之間所限定的空間中以減少坯段的截面，而槽31的寬度和深度與輥子30一致，如圖6A所示。因此，通過使用這些輥子30可逐步的將坯段4的截面減少，例如分六步。因此，當為了獲得坯段的截面而以逐步的方式進行滾壓操作時，可使所形成的坯段的直徑在縱向上的精度處于±0．02mm內(nèi)。另外，如圖7A和7B所示，可使用旋鍛機50進行旋鍛操作。旋鍛機50包含旋轉體51、四組襯墊物52和模具53，他們被旋轉體滑動支撐在徑向上，凸輪隨動件55以固定的環(huán)形間隔被設置在旋轉體的周邊。通過將坯段4插入到由四個模具53的頂端圍繞的旋鍛空間中而進行旋鍛操作，通過旋轉旋轉體51，由此坯段的截面被降低。即，當旋轉體51旋轉時，四組襯墊物52和模具53的每個都在旋轉體的徑向上通過離心力而進行移動以擴展旋鍛空間。然而，凸輪隨動件55阻礙襯墊物52和模具53的運動，從而四組襯墊物和模具向著旋轉體的軸在徑向上運動，使旋鍛空間變窄。在旋鍛操作期間，模具53的頂端連續(xù)的碰觸被插入到旋鍛空間中的坯段4，從而減少其截面。通過變換模具53，可以逐步的方式降低坯段4的截面。當使用旋鍛進行成型操作時，成型的坯段的直徑在縱向上的精度在±0．1mm范圍內(nèi)。在本發(fā)明中，通過成型操作使由金屬材料制成的封殼2進行塑性變形。然而，由于坯料棒1由脆性材料制成，其無法跟隨上封殼的塑性變形，從而坯料棒在封殼中被碎化。另外，由于通過成型操作使封殼的截面被減小，碎化的坯料棒受到壓縮，從而在成型的封殼中獲得碎化坯料棒的密實毛坯。如上所述，用于熱電元件的材料容易沿解理面斷裂，即晶面的“C”方向。因此，即使當通過成型操作使坯料棒在封殼中碎化，碎化坯料棒的密實毛坯也可基本上保持在晶面的“C”方向上。在進行成型操作時，坯段的輸送速率最好小于10m／min。最好以逐步的方式對坯段4進行成型操作，即多步驟的方式，以獲得所需的坯段截面。當坯段截面的總的降低比例(α)高時，該降低比例被定義為在進行完所有的成型操作步驟后測量的坯段的截面(Sf)與在進行成型操作前所測量的坯段的截面(SO)的比值，由于工件的硬度而造成封殼的損壞是一個問題。例如，進行本發(fā)明的成型操作，直到截面的總的降低比例(α)達到大約0．33(Sf／So=1／3)為止。在此情況下，在成型操作期間可對坯段4進行足夠長時間的退火處理?？筛鶕?jù)封殼材料的種類、成型操作的條件(即成型操作的數(shù)目和種類)、截面的降低比例和成型速度(諸如拉速)等確定退火處理的時間和條件。作為一個實例，在使用鋁封殼的情況下，在成型操作期間，當每次坯段截面的降低比例(β)達到0．9(Sn2／Sn1=9／10)時，最好在300攝氏度的情況下進行退火10分鐘，其中的每次截面降低比例(β)被定義為在至少完成一個成型操作步驟后所測量的坯段的截面(Sn2)與在進行至少一個步驟之前所測量的坯段的截面(Sn1)之比。下面為本發(fā)明的成型操作的實驗結果。在第一實驗中，以逐步的方式進行旋鍛操作，以降低坯段的直徑，坯段的初始直徑為10mm，總長度為100mm。封殼的壁厚和內(nèi)徑分別為1．5mm和7mm。如圖8中所示，分七步進行旋鍛操作，每步具有不同的截面降低比。通過七步的旋鍛操作使坯段直徑連續(xù)的從10mm降低到9．2mm、8．0mm、5．8mm、5．1mm、4．9mm、4．5mm和3．9mm。例如，第一步的降低比例為0．85，其是通過計算在第一步的旋鍛操作后坯段的截面(Sn2=4．6X4．6Xπ=66．44)與進行第一步之前的坯段的截面(Sn1=5．0×5．0×π=78．50)的比而得到的。在七步的旋鍛操作后坯段的總長度、封殼的壁厚和內(nèi)徑分別為548．0mm、0．59mm和2．73mm。在第二實驗中，如圖9中所示，通過使用第一、第二和第三對輥子以逐步的方式進行滾壓操作以降低初始直徑為10mm的坯段的截面。第一對輥子設置六個滾壓級。在六個滾壓步驟中坯段截面的平均降低比例為0．92。第二對輥子提供七個滾壓級。在七個滾壓級中坯段截面的平均降低比例為0．89。第三對輥子具有14個滾壓級。在14個滾壓級中坯段截面的平均降低比例為0．91。因此，當在每個滾壓級中使用小的坯段截面降低比例時，可如圖9中所示，在對封殼不造成損害的情況下，可獲得坯段截面的大的總降低比例(α)。通過進行第三和第四實驗，以觀察對于每個P-型和N-型熱電元件材料在成型操作期間進行退火處理的效果。在第三實驗中，通過以2m／min的滾壓速度使用第一、第二和第三對輥子以逐步的方式進行滾壓操作，以降低初始直徑為10mm的坯段的截面。第一對輥子設置3個滾壓級。在3個滾壓步驟中坯段截面的平均降低比例為0．93。第二對輥子提供七個滾壓級。在七個滾壓級中坯段截面的平均降低比例為0．89。第三對輥子具有4個滾壓級。在4個滾壓級中坯段截面的平均降低比例為0．89。如表1中所示，當在無退火處理而進行上述的滾壓操作時，在使用第三對輥子進行完初始的三個滾壓級后可發(fā)現(xiàn)封殼被損壞。在第四個實驗中，如表2中所示，在使用第二對輥子進行7個滾壓級期間進行退火處理。即在用第二對輥子進行初始的三個滾壓級后立即對坯段在345攝氏度的溫度下進行10分鐘的退火處理。在使用第二對輥子的初始三個滾壓級中截面的平均降低比例為0．87。在退火處理后，進行使用第二對輥子的剩余的四個滾壓級和使用第三對輥子的四個滾壓級。使用第二對輥子的剩余四個滾壓操作的平均降低比例為0．91。在此情況下，在對封殼無損壞的情況下連續(xù)進行滾壓操作。雖然本發(fā)明不需要退火處理，通過上面的實驗結果可看出，對于在對封殼無損害的情況下穩(wěn)定的完成成型操作進行退火處理是有效的?！恫襟E14和15》在完成步驟13的成型操作后，對成型的坯段16進行熱處理，用于燒結在封殼中通過成型操作被碎化的坯料棒的密實毛坯7(步驟14)。例如，在惰性氣氛中，在400攝氏度到450攝氏度的溫度下進行大約15小時的通常的作為熱處理的燒結操作。另外，在惰性氣氛下，在400攝氏度的溫度下可進行1．5小時的均勻熱壓(HIP)。通過此熱處理，與從坯料直接切出熱電元件的情況相比可大大的提高熱電元件的機械強度。然后，從封殼中取出所獲得的燒結體，以獲得具有所需直徑的燒結體棒8。下面為將通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的熱電元件與通過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的熱電元件相比的實驗結果。在傳統(tǒng)的方法中，對通過單向固化獲得的N-型熱電元件材料的坯料棒進行球磨以獲得粉末。在將粉末裝入到封殼中后，對封殼進行抽空以獲得坯段，然后以降低的比例進行成型操作。通過重復上述的過程，可獲得多個成型的坯段。接著，通過通常的燒結操作在300攝氏度到450攝氏度的不同溫度范圍內(nèi)對成型的坯段進行10小時的熱處理。從封殼中取出所獲得的燒結體，以獲得N-型熱電元件材料的坯料棒。從燒結棒切出熱電元件。在本發(fā)明的方法中，將通過單向固化制備的N-型熱電元件材料的坯料棒裝入到材料和形狀與傳統(tǒng)方法相同的封殼中，對坯料棒不進行研磨，從而坯料棒的固化方向基本上與封殼的軸向相一致。后續(xù)進行的獲得熱電元件的步驟與傳統(tǒng)的方法一樣。因此，省略了對其的描述。圖10為表示性能指數(shù)和熱處理溫度之間關系的曲線圖。從此圖中可看出，在高于熱處理溫度的范圍中，表示由本發(fā)明的方法生產(chǎn)的熱電元件的熱電性能的性能指數(shù)(C1Zmax=2．58)高于通過傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的指數(shù)(C2Zmax=2．35)。在本發(fā)明的方法中，由于對在封殼中的通過成型操作碎化的坯料棒的密實毛坯進行燒結，同時基本上保持坯料棒的晶面“C”的取向，從而與將預先制備的具有隨機“C”晶面取向的熱電元件材料的粉末裝入到封殼中的情況相比，所提供的熱電元件材料的燒結體具有優(yōu)良的熱電性能。另外，由于在成型操作期間不暴露到空氣中，可在封殼中形成坯料的密實毛坯，從而可避免在傳統(tǒng)的方法的所使用的球磨步驟中由于球材料所造成的對熱電元件材料的污染，可避免對熱電元件材料造成氧化，同時可將雜質(zhì)進入到熱電元件中的量降到最小。因此，通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)的熱電元件材料的燒結體表現(xiàn)出很好的機械強度，并提高了熱電元件的材料產(chǎn)量。結果，本發(fā)明所提供的熱電元件材料的燒結體適合用于生產(chǎn)具有高可靠性的熱電模塊，并可改善冷卻效率。另外，當封殼2由諸如碳鋼(S15CK，JIS)的鋼性材料制成時，其中該鋼性材料具有比所使用的熱電元件材料小的線性膨脹系數(shù)，在熱處理中存在下面的優(yōu)點。例如，碳鋼(S15CK)的線性膨脹系數(shù)為11．8×10-6／度。P-型熱電元件材料在“C”晶面方向上的線性膨脹系數(shù)為13．6×10-6／度，而在與“C”晶面垂直的方向上為21．0×10-6／度。另一方面，N-型熱電元件材料的線性膨脹系數(shù)在“C”晶面方向上為14．5×10-6／度，而在與“C”晶面垂直的方向上為19．4×10-6／度。因此，當碳鋼封殼的線性膨脹系數(shù)小于P型和N型熱電元件材料的系數(shù)時，由于在具有較小體積膨脹的碳鋼封殼中熱電元件材料產(chǎn)生體積膨脹，在熱處理期間熱電元件材料吸收封殼中的壓縮。其結果，增強了由熱處理所進行的對封殼中的熱電元件材料的燒結，從而通過通常的燒結操作可獲得與熱壓或HIP類似的燒結效果。作為一個實例，將熱電元件材料的坯料棒封裝在碳鋼(S15CK)封殼中以獲得坯段。對坯段進行旋鍛操作以制備成型的坯段，該成型的坯段具有通過封殼中的旋鍛操作而被碎化的坯料棒的密實毛坯。然后，進行通常的作為熱處理的燒結操作以燒結封殼中的密實毛坯。表3中示出了密實毛坯和所獲得的燒結體的性質(zhì)。從表3中可看出，最好通過通常的燒結操作對密實毛坯進行燒結，而所獲得的燒結體具備優(yōu)良的抗彎強度和性能指數(shù)Z。表3<tablesid="table1"num="001"><table>性能通過旋鍛操作所獲得的密實毛坯燒結體密度(％)94．9100．0抗彎強度(kg／mm2)0．506．67性能指標Z(×10-3／K)0．622．58塞貝克系數(shù)(μV／K)-211．1-188．7電阻率(mΩ．cm)8．621．01熱導率(W／mK)0．831．37</table></tables>最后，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例所生產(chǎn)的燒結體的特征在于在燒結體中的氧的含量很低，從下面的測量結果中可看出，即通過單向固化所制備的坯料中的氧含量為大約35wtppm。通過本發(fā)明的方法所制備的燒結體中的氧含量為大約60wtppm。另一方面，根據(jù)傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的燒結體中的氧含量為大約215wtppm，該方法的特征在于將坯料的粉末裝入到封殼中。這些測量的結果表示本發(fā)明的方法可有效的降低在燒結體中的氧的含量。氧含量被降低所帶來的效果是可改善用于熱電元件的材料的燒結體的熱電性能和機械強度。第二實施例根據(jù)本發(fā)明第二實施例的生產(chǎn)用于熱電元件的材料的燒結體的方法基本上與第一實施例相同，除了下面的區(qū)別，因此不對重復的內(nèi)容進行描述。首先，制備諸如Sb2Te3和Bi2Te3的每個P型和N型熱電元件材料的坯料棒。在此實施例中，最好使用通過單向固化制備的坯料棒，從而熱電元件材料的“C”晶面的方向基本上與固化的方向一致，即坯料棒的軸向。接著，對坯料棒進行研磨以獲得熱電元件材料的片狀粉末。例如，可在非氧化氣氛下對坯料進行球磨以獲得粉末。由于熱電元件材料的“C”晶面為解理面，沿“C”晶面容易進行對坯料的研磨。所獲得的片狀粉末為隨機取向的“C”晶面。如果需要的話，可將攙雜劑加入到粉末中。接著，如圖11A(步驟16)所示，通過使用熱壓裝置80在非氧化氣氛中對片狀粉末60進行熱壓而制備熱電元件材料的預-燒結體62。在熱壓步驟，片狀粉末的微粒重新排布，從而在與壓力方向P垂直的水平方向上預-燒結體具有“C”晶面的取向。另外，可通過擠壓模制粉末制備燒結體以獲得密實毛坯，然后通過通常的燒結操作在非氧化氣氛下預燒結密實毛坯。接著，如圖11A(步驟17和18)所示，通過機加工預燒結體62制備坯段9，從而坯段的軸向與“C”晶面的取向一致。通過重復上述的過程，可獲得多個坯段9。預燒結體的坯段9被封裝到細長封殼2中，從而坯段的軸向與封殼的軸向一致，如圖11B所示。當使用圖4A所示的隔離物5時，可通過步驟16將預燒結體封裝到封殼2中，而不用上述的機加工步驟。在用蓋3蓋住封殼2后，對封殼進行抽空以獲得坯段4。接著，對坯段進行成型操作以降低與坯段的軸向垂直的截面。對于成型操作，正如在第一實施例中所述的，最好使用拉棒(圖5)、滾壓(圖6A和6B)或旋鍛操作(圖7A和7B)。例如，當對坯段進行拉棒時，預燒結體的坯段在封殼中碎化。沿熱電元件材料的“C”晶面很容易進行坯段9的碎化。另外，在拉操作期間，在封殼中產(chǎn)生碎化坯段的粒子流，從而可提高“C”晶面的定向程度。因此，可獲得通過成型操作在封殼中被碎化的密實坯段毛坯。正如在第一實施例中所述的，如果需要的話，在成型操作期間可進行退火處理，以避免損壞封殼。接著，對成型的坯段進行熱處理以在封殼中燒結密實毛坯。從封殼中取出燒結體以獲得熱電元件材料的燒結棒。因此，當根據(jù)上述的機械合金工藝從熱電元件材料的坯料制備坯段時，將坯段而不是將坯料的粉末放入到封殼中，這樣所提供的熱電元件材料的燒結體適合用于生產(chǎn)具有高可靠性的熱電模塊，并可提高冷卻效率。另外，當需要直徑大于原始坯料的初始直徑的熱電元件材料的燒結體時第二實施例的方法更為有效。表1<tablesid="table2"num="002"><table>滾壓操作初始尺寸第一對輥子(3級)第二對輥子(7級)第三對輥子(4級)封殼直徑(mm)φ10□7．9×8．0□5．1×5．4□4．3×4．5截面78．5463．2027．5419．35截面的平均減少比例0．930．890．89P-型熱電元件材料坯料直徑φ7．00□5．6×5．7□3．6×3．8在初始的3級封殼損壞總長度100125285封殼壁厚1．501．150．75N型熱電元件材料坯料直徑φ7．00□5．6×5．7□3．6×3．8在初始3級封殼損壞總長度100125285封殼壁厚1．501．150．75</table></tables>表2權利要求1．一種生產(chǎn)用于熱電元件材料的燒結體的方法，所述方法包含如下的步驟提供用于熱電元件的材料的塊體，所述塊體具有電流通過方向，其中提供電流以獲得熱電元件的熱電性能；將所述塊體裝入到細長的封殼中，從而所述塊體的電流通過方向基本上與所述封殼的軸向一致；抽空所述封殼；為了減少與所述封殼的軸向垂直的截面而進行成型操作以獲得成型的封殼，該封殼具有通過所述成型操作碎化的所述塊體的密實毛坯；進行熱處理以燒結在成型封殼中的所述密實毛坯；及從成型的封殼中取出被燒結體。2．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述封殼由金屬材料構成，其在用于熱處理的溫度范圍內(nèi)的線性膨脹系數(shù)小于用于熱電元件的材料的線性膨脹系數(shù)。3．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于通過旋鍛進行所述成型操作。4．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于通過滾壓進行所述成型操作。5．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于通過拉拔進行所述成型操作。6．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于以逐步的方式進行所述成型操作以獲得具有所需的截面的成型封殼。7．根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于在所述成型操作期間進行退火操作。8．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述塊體為圓棒狀，而所述封殼的結構使得可將所述塊體放置于其中。9．根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述塊體為長方形固體形狀，而所述封殼的結構使得由所述塊體和隔離物構成的柱狀組件可被放于其中。10．一種生產(chǎn)用于熱電元件的材料的燒結體的方法，所述方法包含如下的步驟提供一種用于熱電元件的材料的坯料，其是通過單向固化制備的；將所述坯料封裝到細長封殼中，從而所述坯料的固化方向基本上與所述封殼軸向一致；抽空所述封殼；為了減少與所述封殼的軸向垂直的截面而進行成型操作以獲得成型的封殼，該封殼具有通過所述成型操作碎化的所述坯料的密實毛坯；進行熱處理以燒結在成型封殼中的所述密實毛坯；及從成型的封殼中取出被燒結體。11．一種生產(chǎn)用于熱電元件的材料的燒結體的方法，所述方法包含如下的步驟制備具有軸向的預-燒結體，其中基本定向用于熱電元件的材料的特定晶面；將所述預-燒結體放置到細長封殼中，從而所述預燒結體的軸向與所述封殼的軸向基本一致；抽空所述封殼；為了減少與所述封殼的軸向垂直的截面而以逐步的方式進行成型操作以獲得成型的封殼，該封殼具有通過所述成型操作碎化的所述預燒結體的密實毛坯；進行熱處理以燒結在成型封殼中的所述密實毛坯；及從成型的封殼中取出被燒結體。12．根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于通過研磨用于熱電元件的材料的坯料而制備所述預-燒結體以獲得其粉末，其中熱電元件的材料的坯料是通過單向固化而制成的，并在非氧化氣氛下對粉末進行熱壓。全文摘要通過下面的方法可生產(chǎn)一種用于具有優(yōu)良熱電性能和機械性能的熱電元件的材料燒結體。提供一種用于熱電元件的塊體材料。將塊體材料封閉在細長的封殼中,在對封殼抽空后,進行成型操作以減少與封殼的軸向垂直的截面,并通過成型操作獲得成型的封殼。然后進行熱處理以燒結在成型封殼中的密實毛坯。最后,從成型的封殼中取出所獲得的燒結體。該方法最好被用于生產(chǎn)熱電模塊,其是適用帕爾鐵效應的溫控器件。文檔編號H01L35/34GK1281264SQ0010964公開日2001年1月24日申請日期2000年6月19日優(yōu)先權日1999年6月25日發(fā)明者浦野洋二,鐮田策雄,吉岡浩一,小林健太郎申請人:松下電工株式會社