분말입도 제어를 통한 Bi-Te계 열전반도체의 열전특성 향상에 관한 연구

초록

분말야금법으로 제조된 열전재료는 산화 및 소성변형의 영향을 크게 받는 것으로 알려져 있고, 산화와 소성변형은 분말 입도에 의해 좌우된다. 입도가 큰 분말은 비표면적이 작기 때문에 분말 분쇄시 분말의 산화 및 소성변형의 영향이 작고, 소결체의 이방성 효과를 크게 할 수 있지만, 소결밀도가 작기 때문에 기계적 강도가 부족하고, 전기 비저항이 크게 증가해 성능지수가 낮아진다. 입도가 작은 분말을 사용해 소자를 제조할 경우, 높은 소결밀도를 얻을 수 있어 기계적 강도가 크고, 전기 비저항이 낮아서 성능지수를 향상시킬 수 있지만, 분말 분쇄시 일어난 산화 및 소성변형을 고려하여야 하며, 소결체의 이방성이 크게 부족한 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 입도가 큰 분말과 작은 분말을 적당한 비율로 혼합함으로써 산화 및 소성변형의 영향을 최소화하고, 소결밀도 및 이방성이 우수한 열전재료를 제조하고자 하였다. rocking furnace에서 제조된 ingot은 불활성 분위기의 glove box 내에서 파쇄한 후 입도가 큰 분말과 작은 분말의 비율을 달리하여 균질하게 혼합하였다. 산화의 영향을 배제하기 위해 혼합된 분말은 10시간 동안 수소환원 하였고, 10-4torr의 진공에서 방전플라즈마소결을 실시하였다. 각각의 혼합비로 제조된 소결체는 열전특성 및 소결밀도, 이방성 등의 평가를 통해 성능이 우수한 열전재료를 제조할 수 있었다.