Романюк Ігор Степанович. Розробка технології високонадійних термоелектричних модулів Пельтьє на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb

Краткое описание

Романюк Ігор Степанович. Розробка технології високонадійних термоелектричних модулів Пельтьє на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb : дис... канд. техн. наук: 05.27.06 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2005.

Романюк І.С.Розробка технології високонадійних термоелектричних модулів Пельтьє на основі кристалів твердих розчинівBi-Te-Se-Sb. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. Національний університет Львівська політехніка”, м. Львів, 2005 р.
У дисертації подано результати розробки технології високонадійних термоелектричних модулів Пельтьє (ТЕМ) на основі кристалів твердих розчинівBi-Te-Se-Sb. Проведено оцінку міцнісних параметрів ТЕМ при їх однобічному защемленні. Створено оптимізовані технології однорідних кристалів твердих розчинівBi-Te-Se-Sbдіаметром 28-38 мм з механічною міцністю на розрив S=(2,4-2,5) кГс/мм2, добротністю Zp,n= (3,0 3,2)10-3К-1(Т=300 К) і процентом виходу придатних 6975 %; електрокомутаційних шарів Cu на теплопереходах та антидифузійних шарів Ni на гілках ТЕМ. Проведено випробування ТЕМ, створених із застосуванням наведених технологій, на стійкість до механічних і кліматичних факторів. Досягнуто 12000 год. напрацювання у неперервному та 3000 год. у циклічному режимах. На базі цих ТЕМ створено ряд приладів та пристроїв.

Основні наукові та практичні результати роботи є такими:
1. Показано, що міцнісні параметри ТЕМ з однобічною фіксацією відзначаються розкидом геометричних розмірів гілок, механічною міцністю та неоднорідністю застосованих термоелектричних матеріалів. Визначено, що в межах каскаду величина пружних напружень у випадку однобічної фіксації в 2 - 3 рази менша, ніж у випадку двобічної фіксації ТЕМ на основі кристалів твердих розчинівBi-Te-Se-Sb.
2. Вперше на основі методу вертикальної зонної перекристалізації з використанням рухомого тепловирівнюючого формоутворювача у вигляді шайби, розроблено технологію вирощування кристалів твердих розчинівBi-Te-Se-Sbз неоднорідністю 5 %, діаметром (28 - 38) мм і довжиною (300 - 330) мм, термоелектричною добротністюZp,n= (3,0 - 3,2)10-3К-1, механічною міцністю на розрив S=2,4-2,5 кГс/мм2і процентом виходу придатних (6975) %.
3. Вперше розроблено технологію мідних високонадійних електрокомутаційних доріжок на кераміці шляхом детонаційного напилювання, що забезпечує їх міцність на розрив SА=(1,65 - 1,76) кГс/мм2після 3000 годин наробітку в циклічному режимі при електричному опоріr= (2,3 - 3,2)10-6Ом/см2.
4. Удосконалено технологію антидифузійних перехідних шарів гілок ТЕМ. Виявлено вплив на адгезійні властивості хімічно нанесених антидифузійних шарів нікелю на кристалахBi-Te-Se-Sbу процесі їх відпалу зовнішніх постійного магнітного та імпульсного електричного полів. Розроблена технологія забезпечує адгезійну міцність SАр= SАn= (1,38 - 1,45) кГс/мм2при електричному опоріrp= 510-6Ом/см2,rn= 710-6Ом/см2(відповідно дляpтаn-гілок) після 3000 годин напрацювання у циклічному режимі.
5. Створено ряд конструкцій ТЕМ підвищеної надійності та вдосконалено технологію їх збирання, що дозволило забезпечити працездатність ТЕМ після впливу вібраційних навантажень у діапазоні частот 10-2000 Гц з прискоренням 15 g, багаторазових ударів (10000) з прискоренням 75 g, одноразових ударів з прискоренням 150 g, п’яти циклів зміни температур від 343К до 213К та комплексного впливу температури 373К та вібрації 50 Гц протягом 15 хвилин. Термін напрацювання розроблених ТЕМ 12000 годин у неперервному та 3000 годин у циклічному режимах.
6. Розроблені ТЕМ підвищеної надійності застосовано у термоелектричних переносних і стаціонарних холодильниках; термостаті для збереження плодоовочевої продукції; медичному приладі для термопунктури біологічно активних точок людини; низці термостатованих фотоприймачів різноманітного призначення.