【摘 要】
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热电材料可以实现热能到电能的直接转换,利用工业产生的废热、地热或太阳热能等进行温差发电,是提高能源利用率、大力发展清洁能源的有效途径。现阶段n型和p型Half-Heusler合金热电材料的ZT值均已达到1.0以上,但是在热电器件方面的研究仍然较少,因而探究可靠的HH/Cu接头连接工艺对Half-Hesuler热电材料实现器件化应用有着重要意义。本文基于高温真空钎焊工艺,选择Ag72Cu28共晶钎料
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热电材料可以实现热能到电能的直接转换,利用工业产生的废热、地热或太阳热能等进行温差发电,是提高能源利用率、大力发展清洁能源的有效途径。现阶段n型和p型Half-Heusler合金热电材料的ZT值均已达到1.0以上,但是在热电器件方面的研究仍然较少,因而探究可靠的HH/Cu接头连接工艺对Half-Hesuler热电材料实现器件化应用有着重要意义。本文基于高温真空钎焊工艺,选择Ag72Cu28共晶钎料进行HH/Cu接头的连接,探究了钎焊工艺参数以及退火时间对HH/Cu接头界面结构及性能的影响。研究发现,钎焊工艺参数（钎焊时间、钎焊温度）对HH/Cu接头的界面结构有着重要的影响。随着钎焊温度和钎焊时间的增加,接头的焊缝厚度及扩散反应层厚度逐渐增加,界面金属间化合物数量逐渐增多;随着退火时间的延长,接头处扩散反应层厚度增加,金属间化合物数量增多,焊缝逐渐向Cu电极溶解,焊缝区的厚度逐渐减小。研究指出,钎焊温度和钎焊时间对接头力学性能的影响相似。随着温度和时间的增加,剪切强度均呈现先增加后减小的趋势;n-HH/Cu接头在钎焊温度为830℃,钎焊时间为10 min时剪切强度最高,为34.3 MPa;p-HH/Cu接头在钎焊温度为820℃,钎焊时间为10 min时,剪切强度仍达到25.7 MPa;均能满足接头服役要求。研究表明,对于n-HH/Cu接头,在钎焊温度为830℃,钎焊时间为10 min时,接头接触电阻率小于1μΩ·cm~2;对于p-HH/Cu接头,在钎焊温度为820℃,钎焊时间为10 min时,接头接触电阻率小于1μΩ·cm~2;由于HH合金中的元素向电极一侧扩散严重,导致HH/Cu接头的退火稳定性差,需考虑在HH合金与Cu电极之间加上阻挡层材料以获得更加可靠的Half-Heusler热电器件。
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