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Influence of pressure and dwell time on pressure‐assisted sintering of calcium cobaltite

  • Calcium cobaltite Ca3Co4O9, abbreviated Co349, is a promising thermoelectric material for high‐temperature applications in air. Its anisotropic properties can be assigned to polycrystalline parts by texturing. Tape casting and pressure‐assisted sintering (PAS) are a possible future way for a cost‐effective mass‐production of thermoelectric generators. This study examines the influence of pressure and dwell time during PAS at 900°C of tape‐cast Co349 on texture and thermoelectric properties. Tape casting aligns lentoid Co349. PAS results in a textured Co349 microstructure with the thermoelectrically favorable ab‐direction perpendicular to the pressing direction. By pressure variation during sintering, the microstructure of Co349 can be tailored either toward a maximum figure of merit as required for energy harvesting or toward a maximum power factor as required for energy harvesting. Moderate pressure of 2.5 MPa results in 25% porosity and a textured microstructure with a figure ofCalcium cobaltite Ca3Co4O9, abbreviated Co349, is a promising thermoelectric material for high‐temperature applications in air. Its anisotropic properties can be assigned to polycrystalline parts by texturing. Tape casting and pressure‐assisted sintering (PAS) are a possible future way for a cost‐effective mass‐production of thermoelectric generators. This study examines the influence of pressure and dwell time during PAS at 900°C of tape‐cast Co349 on texture and thermoelectric properties. Tape casting aligns lentoid Co349. PAS results in a textured Co349 microstructure with the thermoelectrically favorable ab‐direction perpendicular to the pressing direction. By pressure variation during sintering, the microstructure of Co349 can be tailored either toward a maximum figure of merit as required for energy harvesting or toward a maximum power factor as required for energy harvesting. Moderate pressure of 2.5 MPa results in 25% porosity and a textured microstructure with a figure of merit of 0.13 at 700°C, two times higher than the dry‐pressed, pressureless‐sintered reference. A pressure of 7.5 MPa leads to 94% density and a high power factor of 326 µW/mK2 at 800°C, which is 11 times higher than the dry‐pressed reference (30 MPa) from the same powder.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Sophie Bresch, Björn Mieller, D. Schönauer-Kamin, R. Moos, T. Reimann, F. Giovannelli, Torsten Rabe
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of the American Ceramic Society
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.5 Technische Keramik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley Periodicals LLC
Erste Seite:1
Letzte Seite:11
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Hot pressing; Texture; Thermoelectric properties
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Material
Material / Materialien und Stoffe
Energie / Thermische Kraftwerke
DOI:https://doi.org/https://doi.org/10.1111/jace.17541
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-515973
ISSN:0002-7820
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:19.11.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:19.11.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM