ICS

CCS

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/SHXCL0021—202X

溫差電組件用熱電材料

Thermoelectricmaterialforthermoelectricityassembly

(征求意見稿)

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

上海市新材料協(xié)會(huì)發(fā)布

T/SHXCL0021—202X

1范圍

本文件規(guī)定了溫差電組件用熱電材料術(shù)語(yǔ)和定義、命名、要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則及標(biāo)志、

包裝、運(yùn)輸和貯存。

本文件適用于室溫附近溫差電組件用熱電致冷材料。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB/T191-2008包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志

GB/T915-2010鉍

GB/T1599-2014銻錠

GB/T2829-2002周期檢驗(yàn)計(jì)數(shù)抽樣程序及表(適用于對(duì)過(guò)程穩(wěn)定性的檢驗(yàn))

GB/T4472-2011化工產(chǎn)品密度和相對(duì)密度的測(cè)定

GB/T6388-1986運(yùn)輸包裝收發(fā)標(biāo)志

GB/T7314-2017金屬材料室溫壓縮試驗(yàn)方法

GB/T22588-2008閃光法測(cè)量熱擴(kuò)散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)

SJ2855-88溫差電致冷名詞術(shù)語(yǔ)、型號(hào)命名及其性能測(cè)試方法

SJ2857.2-88溫差電致冷材料性能的測(cè)試方法電導(dǎo)率測(cè)試方法

SJ2857.3-88溫差電致冷材料性能的測(cè)試方法溫差電動(dòng)勢(shì)率測(cè)試方法

YS/T222－2010（2021）碲錠

YS/T816－2012（2021）高純硒

ASTME1269-11差示掃描量熱法（DSC）測(cè)試比熱容的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法

3術(shù)語(yǔ)和定義

SJ2855-88界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

塞貝克系數(shù)（溫差電動(dòng)勢(shì)率）

塞貝克電動(dòng)勢(shì)與其接頭間溫差的比值。

計(jì)量單位：VK-1

符號(hào)：α

[SJ2855-88，定義1.7]

3.2

電導(dǎo)率

衡量物質(zhì)導(dǎo)電本領(lǐng)的參數(shù),在某種材料中它是電流密度對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的比率。電導(dǎo)率是溫度的函

數(shù)。

計(jì)量單位：Ω-1·m-1。

2

T/SHXCL0021—202X

符號(hào)：σ。

[SJ2855-88，定義2.2]

3.3

電阻率

電導(dǎo)率的倒數(shù)。

計(jì)量單位：Ω·m。

符號(hào)：ρ。

[SJ2855-88，定義2.3]

3.4

熱導(dǎo)率

衡量物質(zhì)熱傳導(dǎo)本領(lǐng)的參數(shù)，它等于單位時(shí)間流經(jīng)單位截面的熱量，除以垂直于該面方向上的

溫度梯度的負(fù)值。熱導(dǎo)率是溫度的函數(shù)。

計(jì)量單位：W(m·K)-1。

符號(hào)：κ。

[SJ2855-88，定義2.4]

3.5

溫差電材料（熱電材料）

一種可以把熱能直接轉(zhuǎn)變成電能或直接由電能產(chǎn)生致冷或致熱作用的材料。

［SJ2855-88，定義3.10］

3.6

溫差電材料的品質(zhì)因數(shù)（優(yōu)值）

表明溫差電材料溫差電性能的綜合參數(shù)。

Z=α2·σκ-1或α2(ρκ)-1：

式中：Z──某溫度下溫差電材料的品質(zhì)因數(shù)，K-1

α──該材料在此溫度的溫差電動(dòng)勢(shì)率，V·k-1

σ──該材料在此溫度的電導(dǎo)率，Ω-1·m-1

κ──該材料在此溫度的熱導(dǎo)率，W(m·K)-1

ρ──該材料在此溫度的電阻率，Ω·m

［SJ2855－88，定義2.16］

3.7

固溶體

一種由基體元素或化合物(溶劑)在固態(tài)下溶有其它元素(溶質(zhì))原子所組成的晶體.可分為間隙固

溶體和置換固溶體兩種類型。

[SJ2855-88，定義3.7]

3.8

N型半導(dǎo)體溫差電材料

具有溫差電性能的多數(shù)載流子是電子的半導(dǎo)體材料。

[SJ2855-88，定義3.12]

3.9

P型半導(dǎo)體溫差電材料

具有溫差電性能的多數(shù)載流子是空穴的半導(dǎo)體材料。

[SJ2855-88，定義3.13]

3.10

3

T/SHXCL0021—202X

準(zhǔn)二元溫差電材料

晶格結(jié)構(gòu)相似的兩種二元化合物半導(dǎo)體按化學(xué)配比制備成的溫差電材料，也稱為準(zhǔn)二元材料。

[SJ2855-88，定義3.14]

3.11

準(zhǔn)三元溫差電材料

晶格結(jié)構(gòu)相似的三種二元化合物半導(dǎo)體按化學(xué)配比制備成的溫差電材料，也稱為準(zhǔn)三元材料

[SJ2855-88，定義3.15]

3.12

再生原料

前次熱電材料制備過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄材料或者剩余材料再次投入使用的。

3.13

區(qū)熔法

一種制備晶體和提純晶體的方法，熔區(qū)從錠的一端通過(guò)整個(gè)錠料至另一端。

[SJ2855-88，定義3.19]

3.14

粉末冶金法

由金屬或金屬化合物制成粉末，然后壓制成型和燒結(jié)而成的制品的一種工藝方法。

[SJ2855-88，定義3.20]

3.15

晶棒：

按區(qū)熔或粉末冶金等方法加工成棒狀的熱電材料。

4命名和分級(jí)

4.1命名

溫差電組件用熱電材料是以碲化鉍為基的準(zhǔn)二元或準(zhǔn)三元材料，型號(hào)如下：

XXX/XX/XX

等級(jí)：不添加再生料為A,添加再生料為B

組份：準(zhǔn)二元為2,準(zhǔn)三元為3

晶棒的標(biāo)稱直徑或等效截面直徑/mm

類別,分N和P

晶棒代號(hào)(ZM：區(qū)熔法生產(chǎn)的晶棒；EX：熱擠出法生

產(chǎn)晶棒；HP熱壓法生產(chǎn)的晶棒)

示例:EXN/28/2A表示粉體燒結(jié)晶棒、N型、標(biāo)稱直徑為φ28mm、二元組成、不含再生原料配

制而成的晶棒。

4.2等級(jí)

按原料來(lái)源的差異,熱電材料分為A級(jí)品和B級(jí)品。

4.2.1A級(jí)品

采用半導(dǎo)體元素材料按規(guī)定的化學(xué)比配制而制成，符合本文件規(guī)定的電、熱物理性能和機(jī)械性

能要求的熱電材料為A級(jí)品。

4.2.2B級(jí)品

4

T/SHXCL0021—202X

添加了再生原料，采用綜合調(diào)制的方法，使之符合本文件相應(yīng)規(guī)定的電、熱物理性能和機(jī)械性

能要求的熱電材料為B級(jí)品。

5結(jié)構(gòu)與原料

5.1結(jié)構(gòu)

溫差電組件用熱電材料應(yīng)按規(guī)定程序批準(zhǔn)的技術(shù)文件要求的化學(xué)成份和比例制造。主要原材料

有碲、銻、鉍、硒和摻雜劑，配制摻雜劑的材料應(yīng)為純度大于99.99%的化學(xué)元素和達(dá)到化學(xué)試劑純

的化學(xué)試劑。

5.2原料

5.2.1碲

所選原材料碲的純度不低于99.99%，并應(yīng)符合YS/T222－2021的規(guī)定。

5.2.2銻

所選原材料銻的純度不低于99.99%，并應(yīng)符合YS/T674-2008的規(guī)定。

5.2.3鉍

所選原材料鉍為純度99.99%鉍,并應(yīng)符合GB/T915－2010的規(guī)定。

5.2.4硒

所選原材料硒的牌號(hào)為純度不低于99.999%高純硒,并應(yīng)符合YS/T816－2012（2021）的規(guī)定。

5.2.5再生原料

符合本文件3.12條定義的原料。

6要求

6.1外觀

溫差電組件用熱電材料表面無(wú)明顯裂紋、缺損，無(wú)明顯雜質(zhì)。表面應(yīng)無(wú)下列情況之一的裂紋：

a)橫向裂紋:裂紋走向與熱電材料軸線幾乎垂直的裂紋；

b)機(jī)械損傷造成的裂縫。

6.2熱電材料室溫電阻率

8.0×10-6(Ω·m)≤ρ≤1.20×10-5(Ω·m)。

6.3熱電材料室溫溫差電動(dòng)勢(shì)率

溫差電動(dòng)勢(shì)率α≥190×10-6(VK-1)。

6.4熱電材料室溫材料功率因子

A級(jí)品功率因子α2ρ-1≥40×10-4(WK-2m-1)；

5

T/SHXCL0021—202X

B級(jí)品功率因子α2ρ-1≥38×10-4(WK-2m-1)。

6.5熱電材料室溫?zé)釋?dǎo)率

熱導(dǎo)率κ≤1.60(Wm-1K-1)。

6.6熱電材料室溫品質(zhì)因數(shù)

A級(jí)品Z≥2.80×10-3(K-1)；

B級(jí)品Z≥2.50×10-3(K-1)。

6.7熱電材料抗壓強(qiáng)度

區(qū)熔法制備的材料P型R≥35（MPa）；

區(qū)熔法制備的材料N型R≥70（Mpa）；

粉末冶金法制備的材料P型R≥155（MPa）；

粉末冶金法制備的N型R≥195（Mpa）。

7試驗(yàn)方法

7.1一般規(guī)定

晶棒初始測(cè)量和最后測(cè)量的條件應(yīng)相同,由于溫度誤差和測(cè)量?jī)x器的誤差而引起的全部誤差不

應(yīng)超出文件中規(guī)定偏差的10%。

除非另有規(guī)定,試驗(yàn)的大氣條件為:

溫度:15℃～35℃；

相對(duì)濕度:45%～75%；

大氣壓力:86kPa～106kPa。

7.2外觀

在照度不低于300Lux工作臺(tái)燈下肉眼觀察晶棒表面應(yīng)符合本文件第6.1.1條的規(guī)定。

7.3電阻率試驗(yàn)

7.3.1試驗(yàn)條件

試驗(yàn)應(yīng)在測(cè)試區(qū)域進(jìn)行,測(cè)試區(qū)應(yīng)避免陽(yáng)光直射且應(yīng)無(wú)明顯的空氣流動(dòng)。

環(huán)境溫度為25℃±5℃,且每小時(shí)變化不超過(guò)±1℃；

相對(duì)濕度為45%～75%；

大氣壓力為86kPa～106kPa。

7.3.2試驗(yàn)樣品

樣品為外觀檢驗(yàn)合格的晶棒。

7.3.3試驗(yàn)儀器

a)毫伏表；

b)數(shù)字源表；

c)多通道數(shù)據(jù)采集器；

6

T/SHXCL0021—202X

d)數(shù)字式游標(biāo)卡尺:量程0mm～150mm,分辨率0.02mm；

e)電阻率測(cè)試夾具。

7.3.4試驗(yàn)原理

電阻率的測(cè)量原理參見SJ2827.2-88中第1章。

當(dāng)環(huán)境溫度偏離規(guī)定值(25℃)時(shí),可用下式進(jìn)行修正：

ρ=ρT(1+0.0524)^(25-T)

式中:ρT──室溫下電阻率的實(shí)測(cè)值

T──室溫

推薦的測(cè)量裝置如圖1所示：

多通道數(shù)據(jù)采集器

1

77I

2納伏表

3數(shù)字源表

毫表777

4

5

6

1、多通道數(shù)據(jù)采集器2、探針支架3、探針4、支架5、晶棒6、電流側(cè)電極夾具

圖1電阻率測(cè)量裝置

7.3.5試驗(yàn)程序

測(cè)量程序參照SJ2857.2-88標(biāo)準(zhǔn)第4章。

計(jì)算所得的電阻率ρ應(yīng)符合本文件第6.2條的規(guī)定。

7.4溫差電動(dòng)勢(shì)率試驗(yàn)

7.4.1試驗(yàn)條件

除符合本文件第6.3.1條的規(guī)定外，還需符合以下要求：

環(huán)境溫度：25℃±5℃；

冷熱端電極溫差ΔT不大于10℃。

7

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7.4.2試驗(yàn)樣品

樣品為外觀檢驗(yàn)合格的熱電材料。

7.4.3試驗(yàn)儀器

1-3

a)4/2數(shù)字直流毫伏表，量程0mV～19.999mV，分辨率1mV×10mV；

b)精密數(shù)字溫度計(jì)，顯示精度±0.1℃；

c)精密數(shù)字溫度控制儀,控制精度±0.1℃；

d)溫度傳感器；

e)電加熱器；

f)溫差電動(dòng)勢(shì)率測(cè)試夾具。

7.4.4試驗(yàn)原理

溫差電動(dòng)勢(shì)率的測(cè)量原理見SJ2857.3-88第1章原理。

推薦的測(cè)量裝置示意如圖2所示：

4

Th

15

+6

2V

7

-

8

Tc

39

1、溫度顯示儀2、直流毫伏表3、溫度顯示儀4、熱端電極5、電加熱器6、熱端溫度傳感器

7、晶棒8、冷端溫度傳感器9、冷端電極

圖2溫差電動(dòng)勢(shì)率測(cè)量裝置

7.4.5試驗(yàn)程序

測(cè)量程序參照SJ2857.3-88第4章。

計(jì)算所得的溫差電動(dòng)勢(shì)率α應(yīng)符合本文件第6.3條的規(guī)定。

7.5功率因子

根據(jù)所測(cè)得的溫差電動(dòng)勢(shì)率和電阻率，經(jīng)下式計(jì)算所到的功率因子值PF滿足6.4條的規(guī)定。

8

T/SHXCL0021—202X

2

?

式中：α──溫差電動(dòng)勢(shì)率，VK-1PF=

?

ρ──樣品的電阻率；單位：[Ω·m]

7.6熱導(dǎo)率的測(cè)量

7.6.1試驗(yàn)條件

試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)控制在一定溫度和濕度下:

環(huán)境溫度：25℃±5℃；

相對(duì)濕度：40%～60%。

7.6.2試驗(yàn)樣品

樣品的熱物理性質(zhì)應(yīng)在整個(gè)測(cè)試區(qū)域內(nèi)保持均勻。

樣品尺寸：厚度為1mm~3mm

表面處理：樣品表面需涂有低反射率的涂層，以提高激光吸收率

7.6.3試驗(yàn)儀器

激光閃射設(shè)備

紅外探測(cè)器：精度±0.1℃

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：分辨率1μs

7.6.4試驗(yàn)原理

熱導(dǎo)率的測(cè)量原理參見GB/T22588-2008。其中，比熱容測(cè)量可參見GB/T22588-2008引言部

分所述的比較法或ASTME1269-11；密度測(cè)量可參見GB/T4472-2011的方法。

7.6.5試驗(yàn)程序

7.6.5.1按GB/T22588-2008測(cè)量樣品的熱擴(kuò)散系數(shù)。

7.6.5.2按GB/T22588-2008比較法或ASTME1269-11測(cè)量樣品的比熱容。當(dāng)對(duì)結(jié)果有爭(zhēng)議時(shí)，比

熱容以ASTME1269-11方法為準(zhǔn)。

7.6.5.3按GB-T4472-2011測(cè)量樣品的密度。

7.6.5.4按下式計(jì)算熱導(dǎo)率κ，所得的熱導(dǎo)率κ應(yīng)符合文本件第6.5的規(guī)定。

κ=λ·Cp·x

式中：κ──熱導(dǎo)率，單位：W(m·K)-1

λ──熱擴(kuò)散系數(shù)，單位：m2s-1

-1

Cp──比熱容，單位：J(kg·K)

x──密度，單位：kgm-3

7.7材料品質(zhì)因素Z

根據(jù)所測(cè)得的溫差電動(dòng)勢(shì)率、電阻率、熱導(dǎo)率，經(jīng)下式計(jì)算所到的品質(zhì)因素值Z滿足6.6的規(guī)

定。

9

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2

?

式中：α──溫差電動(dòng)勢(shì)率，VK-1Z=

ρ?

ρ──樣品的電阻率；單位：Ω·m

κ──熱導(dǎo)率，單位：W(m·K)-1

7.8材料抗壓強(qiáng)度

7.8.1試驗(yàn)條件

試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)控制在一定溫度和濕度下:

環(huán)境溫度：25℃±5℃；

相對(duì)濕度：40%～60%。

7.8.2試驗(yàn)樣品

樣品準(zhǔn)備參照GB/T7314-2017。推薦樣品d（或a）等于5mm、長(zhǎng)度8mm，長(zhǎng)度方向與試驗(yàn)施

方向一致。樣品數(shù)量不少于6個(gè)。

7.8.3試驗(yàn)儀器

電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，精確度等級(jí)不低于1級(jí)。

7.8.4試驗(yàn)程序

參照GB/T7314-2017。測(cè)量結(jié)果R應(yīng)符合本文件第6.7的規(guī)定。

8檢驗(yàn)規(guī)則

8.1檢驗(yàn)分類

晶棒的檢驗(yàn)分為交收檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)。

8.2交收檢驗(yàn)

8.2.1檢驗(yàn)項(xiàng)目

按本文件第6.1～6.4條的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。

8.2.2抽樣方案

交收檢驗(yàn)為全檢。

8.2.3判定

交收檢驗(yàn)時(shí)先按本文件第6.1條規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，合格者再按本文件第6.2～6.4條的規(guī)定進(jìn)行檢

驗(yàn)。

8.2.4處理

經(jīng)檢驗(yàn)后不合格的晶棒允許返工,調(diào)制后性能達(dá)到本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定時(shí)作為合格晶棒,。允許調(diào)制二次，

仍不合格的將標(biāo)識(shí)為再生原料。

8.3型式檢驗(yàn)

8.3.1檢驗(yàn)項(xiàng)目

10

T/SHXCL0021—202X

型式檢驗(yàn)為全項(xiàng)目檢驗(yàn)，如表1所示。

8.3.2抽樣方案

型式檢驗(yàn)按GB/T2829-2002規(guī)定進(jìn)行，采用判定水平Ⅱ、樣本大?。睿?的一次抽樣方案，不

合格質(zhì)量水平和判定數(shù)組按表1的規(guī)定。

表1不合格質(zhì)量水平和判定

不合格質(zhì)量判定數(shù)組

檢驗(yàn)項(xiàng)目要求試驗(yàn)方法

水平RQL）

AcRe

（本文件）（本文件）

外觀6.17.2

電阻率ρ6.27.3

2501

溫差電動(dòng)勢(shì)率α6.37.4

功率因子6.47.5

熱導(dǎo)率κ6.57.6

品質(zhì)因數(shù)（優(yōu)值系數(shù)）

Z6.67.7501