Bi2Te3基熱電模組釬焊連接及工藝優(yōu)化研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)化石能源的日益減少，溫差發(fā)電器件的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注。熱電模組是溫差發(fā)電器件中直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的核心部件，其發(fā)電性能決定了溫差發(fā)電器件的熱電轉(zhuǎn)換效率。熱電模組發(fā)電性能取決于熱電臂性能和熱電模組制造工藝，目前關(guān)于制造具有高ZT值熱電臂的研究很多，而關(guān)于熱電模組制造工藝優(yōu)化的研究很少。釬焊法具有對母材影響小、焊接精度易保證等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于制造低溫段熱電模組。釬焊過程中，釬焊溫度、阻隔層等工藝條件對熱電臂性能、釬焊接頭中間產(chǎn)物

2、、微觀形貌和接觸電阻有著重要影響，從而進(jìn)一步影響熱電模組的發(fā)電性能，但目前沒有發(fā)現(xiàn)這方面的研究成果報(bào)道。因此，本學(xué)位論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于熱電材料的層疊陣列型溫差發(fā)電構(gòu)件及其半固態(tài)粉末微成形理論與研究方法”（資助號(hào):51175460）和“體內(nèi)植入式熱電-壓電復(fù)合型柔性微發(fā)電構(gòu)件研究”（資助號(hào):51275466），以低溫段熱電材料碲化鉍(Bi2Te3)為研究對象，開展了Bi2Te3基熱電模組釬焊連接與工藝優(yōu)化研究。
　　

3、為釬焊制造具有多對P-N型熱電臂的Bi2Te3基熱電模組，首先研究了Bi2Te3基熱電模組連接方法，采用Mo-Mn活化法完成Al2O3陶瓷片與Cu電極的連接，采用Sn96.5Ag3Cu0.5(SAC305)焊料實(shí)現(xiàn)Bi2Te3基熱電臂和Cu電極的連接;然后設(shè)計(jì)了Bi2Te3基熱電模組釬焊工裝，實(shí)現(xiàn)對多對P-N型熱電臂、Cu電極和Al2O3陶瓷片的定位與夾緊;最后在真空加熱爐中完成了Bi2Te3基熱電模組的釬焊制造。
　　為對比不同

4、釬焊工藝條件下制造的Bi2Te3基熱電模組發(fā)電性能，首先分析了熱電模組性能評價(jià)方法，確定Bi2Te3基熱電模組需要測試的性能參數(shù)及對應(yīng)的測試方法;然后根據(jù)熱電模組各性能參數(shù)的測試方法，研究了熱電模組發(fā)電性能測試平臺(tái)的搭建原理，并搭建熱電模組發(fā)電性能測試平臺(tái)實(shí)物;最后，對釬焊制造的Bi2Te3基熱電模組進(jìn)行了發(fā)電性能測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行分析。
　　為研究釬焊溫度對Bi2Te3基熱電模組發(fā)電性能的影響，首先在不同釬焊溫度下制造了Bi

5、2Te3基熱電模組;然后對不同釬焊溫度下制造的Bi2Te3基熱電模組進(jìn)行發(fā)電性能測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析;最后對Bi2Te3基釬焊接頭進(jìn)行了微觀形貌觀察與EDS線掃描分析，從微觀層面解釋了釬焊溫度對于Bi2Te3基熱電模組發(fā)電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，240-260℃是較優(yōu)的釬焊溫度區(qū)間。
　　為研究Ni阻隔層對于Bi2Te3基熱電模組發(fā)電性能的影響，首先釬焊制造了鍍Ni和未鍍Ni阻隔層的Bi2Te3基熱電模組;然后對鍍N