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Effect of Reaction Layers on Internal Stresses in Co‐Fired Multilayers of Calcium Manganate and Calcium Cobaltite

  • A widespread recovery of waste heat requires a cost‐effective production of thermoelectric generators. Thermoelectric oxides are predestined for use at high temperatures. For manufacturing reasons, a multilayer generator design will be easily scalable and cost‐effective. To evaluate the potential of ceramic multilayer technology for that purpose, a multilayer of the promising thermoelectric oxides calcium cobaltite (Ca3Co4O9), calcium manganate (CMO, CaMnO3), and glass–ceramic insulation layers is fabricated. Cracks and reaction layers at the interfaces are observed in the microstructure. The compositions of these reaction layers are identified by energy‐dispersive X‐ray spectroscopy and X‐ray diffraction. Mechanical and thermal properties of all layers are compiled from literature or determined by purposeful sample preparation and testing. Based on this data set, the internal stresses in the multilayer after co‐firing are calculated numerically. It is shown that tensile stresses inA widespread recovery of waste heat requires a cost‐effective production of thermoelectric generators. Thermoelectric oxides are predestined for use at high temperatures. For manufacturing reasons, a multilayer generator design will be easily scalable and cost‐effective. To evaluate the potential of ceramic multilayer technology for that purpose, a multilayer of the promising thermoelectric oxides calcium cobaltite (Ca3Co4O9), calcium manganate (CMO, CaMnO3), and glass–ceramic insulation layers is fabricated. Cracks and reaction layers at the interfaces are observed in the microstructure. The compositions of these reaction layers are identified by energy‐dispersive X‐ray spectroscopy and X‐ray diffraction. Mechanical and thermal properties of all layers are compiled from literature or determined by purposeful sample preparation and testing. Based on this data set, the internal stresses in the multilayer after co‐firing are calculated numerically. It is shown that tensile stresses in the range of 50 MPa occur in the CMO layers. The reaction layers have only a minor influence on the level of these residual stresses. Herein, it is proven that the material system is basically suitable for multilayer generator production, but that the co‐firing process and the layer structure must be adapted to improve densification and reduce the tensile stresses in the CMO.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Patrick StargardtORCiD, Sophie BreschORCiD, Rainer FalkenbergORCiD, Björn MiellerORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):physica status solidi (a)
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik / 5.4 Multimateriale Fertigungsprozesse
5 Werkstofftechnik / 5.5 Materialmodellierung
5 Werkstofftechnik / 5.6 Glas
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley VHC-Verlag
Aufsatznummer:2300956
Erste Seite:1
Letzte Seite:9
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Ceramic multilayers; Co-firings; Internal stresses
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
Material / Materialdesign
DOI:10.1002/pssa.202300956
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-601626
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:03.06.2024
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:03.06.2024
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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