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Niedrigsinterndes CaMnO3 für thermoelektrische Anwendungen

  • Thermoelektrische Materialien können durch die Nutzung des Seebeckeffektes einen Temperaturunterschied direkt in eine Spannung umwandeln. Calciumcobaltit (p-typ) und Calciummanagant (n-typ) sind 2 der vielversprechendsten oxidischen thermoelektrischen Materialien. Für die Entwicklung von kostengünstigen Multilayergeneratoren ist das Co-sintern dieser beiden Materialien notwendig und deshalb eine Anpassung der Sintertemperatur nötig. Calciummangant wird herkömmlicherweise zwischen 1200°C und 1350°C gesintert. Calciumcobaltit erfährt einen ungewünschte Phasenumwandlung bei 926°C, es kann allerding bei 900°C unter 7.5MPa zu 95% dicht gesintert werden. Demzufolge, ist eine Co-sintertemperatur von 900°C anzustreben. Aus diesem Grund wurden mehrere Strategien zur Absenkung der Sintertemperatur von Calciummanaganat untersucht. Zum einen die Zugabe niedrigschmelzender Additive, zum anderen die Zugabe von Additiven, die eine eutektische Schmelze bilden. Es konnte gezeigt werden, dass fürThermoelektrische Materialien können durch die Nutzung des Seebeckeffektes einen Temperaturunterschied direkt in eine Spannung umwandeln. Calciumcobaltit (p-typ) und Calciummanagant (n-typ) sind 2 der vielversprechendsten oxidischen thermoelektrischen Materialien. Für die Entwicklung von kostengünstigen Multilayergeneratoren ist das Co-sintern dieser beiden Materialien notwendig und deshalb eine Anpassung der Sintertemperatur nötig. Calciummangant wird herkömmlicherweise zwischen 1200°C und 1350°C gesintert. Calciumcobaltit erfährt einen ungewünschte Phasenumwandlung bei 926°C, es kann allerding bei 900°C unter 7.5MPa zu 95% dicht gesintert werden. Demzufolge, ist eine Co-sintertemperatur von 900°C anzustreben. Aus diesem Grund wurden mehrere Strategien zur Absenkung der Sintertemperatur von Calciummanaganat untersucht. Zum einen die Zugabe niedrigschmelzender Additive, zum anderen die Zugabe von Additiven, die eine eutektische Schmelze bilden. Es konnte gezeigt werden, dass für Calciummanganat die Verwendung von eutektischen Schmelzen besser geeignet ist als die Verwendung von niedrigschmelzenden Additiven um die Sintertemperatur zu senken.“zeige mehrzeige weniger
  • Thermoelectric materials can convert waste heat directly into electrical power by utilizing the Seebeck effect. Calcium cobaltite (p-type) and calcium manganate (n-type) are two of the most promising oxide thermoelectric materials. The development of cost-effective multilayer thermoelectric generators requires the co-firing of these materials and therefore the adjustment of sintering temperatures. Calcium manganate is conventionally sintered between 1200 °C and 1350 °C. Calcium cobaltite exhibits an undesired phase transition at 926 °C but can be sintered to high relative density of 95 % at 900 °C under axial pressure of 7.5 MPa. Hence, co-firing at 900 °C would be favourable. Therefore, strategies for lowering the sintering temperature of calcium manganate have been investigated. Basically, two approaches are common: i) addition of low melting additives like Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2 (BBSZ) glass or Bi2O3, and ii) addition of additives that form low-melting eutectics with the base material,Thermoelectric materials can convert waste heat directly into electrical power by utilizing the Seebeck effect. Calcium cobaltite (p-type) and calcium manganate (n-type) are two of the most promising oxide thermoelectric materials. The development of cost-effective multilayer thermoelectric generators requires the co-firing of these materials and therefore the adjustment of sintering temperatures. Calcium manganate is conventionally sintered between 1200 °C and 1350 °C. Calcium cobaltite exhibits an undesired phase transition at 926 °C but can be sintered to high relative density of 95 % at 900 °C under axial pressure of 7.5 MPa. Hence, co-firing at 900 °C would be favourable. Therefore, strategies for lowering the sintering temperature of calcium manganate have been investigated. Basically, two approaches are common: i) addition of low melting additives like Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2 (BBSZ) glass or Bi2O3, and ii) addition of additives that form low-melting eutectics with the base material, for example CuO. In this study, several low melting additives including BBSZ glass and Bi2O3, as well as CuO were tested regarding their effect on calcium manganate densification. Bi2O3 did not improve the densification, whereas BBSZ glass led to 10 % higher relative density at 1200 °C. An addition of 4 wt% CuO decreases the temperature of maximum sinter rate from above 1200 °C to 1040 °C. By reducing the particle size of the raw materials from 2 μm to 0.7 μm the maximum sinter rate could be further shifted 20 K towards lower temperatures and the sinter begin decreased from 920 °C to 740 °C. It is shown that eutectic phase formation is more effective in lowering sintering temperature and accelerating densification than low-melting additives.zeige mehrzeige weniger

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Autoren/innen:Sophie Bresch
Koautoren/innen:Björn Mieller, Ralf Moos, Torsten Rabe
Dokumenttyp:Vortrag
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.5 Technische Keramik
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Sinter additive; Thermoelectrics
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Material
Material / Materialien und Stoffe
Energie / Thermische Kraftwerke
Veranstaltung:Seminar des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien
Veranstaltungsort:Universität Bayreuth, Bayreuth, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:22.06.2018
Enddatum der Veranstaltung:22.06.2018
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:27.06.2018
Referierte Publikation:Nein