Глава IX. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМООХЛАЖДАЮЩИХ ПРИБОРОВ

Технология изготовления термоохлаждающих приборов обладает рядом особенностей, основные из которых описываются ниже. Вопросы технологии изготовления полупроводниковых материалов для термобатарей являются сугубо специфическими и здесь разбираться не будут.

§ 1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВЕТВЕЙ ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ

Полупроводниковые сплавы электронной и дырочной проводимости или, как в дальнейшем мы будем их называть, отрицательный и положительный сплавы, поступают из соответствующих предприятий в виде слитков.

Первой операцией является размол слитка в фарфоровой ступке или, при больших количествах, в шаровой мельнице, футерованной каучуком со стальными шарами. После помола производится просеивание полученного порошка через два сита в Положительный и отрицательный сплавы размалываются и просеиваются отдельно друг от друга, каждый в своей мельнице и своих ситах. Для предотвращения окисления сплавов, находящихся в порошкообразном состоянии, они должны храниться в банках с притертыми пробками. Количество сплава, подвергающееся одновременному размолу, не должно превышать одно-двухдневной потребности в нем.

Весьма ответственной операцией является прессовка ветвей термоэлементов. Режимы прессовки для положительного и отрицательного сплавов различны. Положительный сплав прессуется при температуре 410° и давлении При этом необходима выдержка под давлением 5 мин.

Для прессовки отрицательного сплава необходима температура 435°, давление и выдержка под давлением 5 мин. Отклонение от указанных величин допускается в следующих пределах: температура давление время выдержки

±1 мин. Прессовка производится на гидравлическом прессе, в специальной разъемной прессформе, конструкция которой приведена на рис. 55. Подогрев прессформы до требуемой температуры производится электронагревателем 1, расположенным в обойме прессформы 2. Матрица 3 состоит из двух частей, обработанных снаружи на конус. Она помещается в соответствующее коническое отверстие в обойме. Обычно следует производить двухстороннюю прессовку образца, для чего употребляются два пуансона 4 и 5 и резиновое кольцо 6. Измерение температуры прессформы производится термопарой 7.

Рис. 55. Конструкция разъемной прессформы для прессовки ветвей термоэлементов.

Важным обстоятельством является выбор соответствующего материала для матрицы и пуансонов прессформы. Дело в том, что теллур, входящий в состав положительного и отрицательного сплавов, при температурах прессовки взаимодействует с материалом прессформы, образуя на нем раковины, которые со временем увеличиваются и вызывают выход прессформы из строя. Кроме того, материал матрицы и пуансонов не должен принимать отпуск при рабочих температурах и давлениях.

Материалом, который достаточно хорошо отвечает всем требованиям, оказалась хромо-ванадиевая сталь марки закаленная до Однако не исключена возможность, что некоторые другие марки жаропрочных легированных сталей окажутся более устойчивыми к действию сплава, чем сталь Можно отметить попытку изготовления матрицы и пуансонов прессформы из корунда Этот материал совершенно не взаимодействует со сплавами, однако изготовление таких

пресс-форм в настоящее время сопряжено с большими технологическими трудностями.

В 1959 г. А. Н. Ворониным и Р. 3. Гринбергом был предложен метод холодной прессовки ветвей термоэлементов. Сущность этого метода заключается в том, что процесс прессовки ведется при комнатной температуре, а затем спрессованные образцы подвергаются нормализационному отжигу в вакууме по специальному режиму. По своим электрическим и теплофизическим свойствам образцы, полученные методом холодной прессовки, лучше образцов, спрессованных в горячей пресс-форме. Однако холоднопрессованные образцы обладают пониженной механической прочностью, что необходимо принимать во внимание при проектировании приборов.

Зависимость механических свойств (сопротивление сжатию) и перепад температур на термоэлементе от величины давления прессовки приведены на рис. 56.

Отечественная промышленность выпускает сплавы для термоэлементов, предусматривающих холодную прессовку для положительной ветви и горячую прессовку для отрицательной ветви. В табл. 14 приведены основные свойства выпускаемых промышленностью термоэлектрических сплавов.

После прессовки образцы получаются анизотропными. Для изготовления ветвей термоэлемента иногда прессуются брикеты большого размера, которые затем разрезаются на куски требуемой величины. При

Таблица 14 (см. скан) Основные параметры выпускаемые промышленностью термоэлектрических сплавов

этом необходимо руководствоваться следующим правилом: направление прохождения электрического тока через термоэлемент должно быть перпендикулярно направлению прессовки. Резка брикета-заготовки производится на специальном станке тонкими абразивными дисками на вулканитовой связке. Толщина используемых дисков

Были предприняты многочисленные эксперименты по изготовлению ветвей термоэлементов методом литья с, направленной кристаллизацией и вытягиванию ветвей из расплава.

Рис. 56. Зависимость перепада температур и механической прочности на сжатие по Бринелю (НВ) и Шору (НШ) от давления (Р) при прессовке ветвей термоэлементов.

Полученные этим способом образцы обладают высокими теплофизическими и электрическими свойствами, но процессы литья с направленной кристаллизацией и вытягивание из расплава пока являются малопроизводительными. После соответствующего усовершенствования и создания высокопроизводительной аппаратуры эти способы изготовления ветвей термоэлементов окажутся более эффективными. Это очевидно и потому, что термоэлементы этого типа имеют более высокую величину добротности, достигующую у положительной ветви а для отрицательной ветви Таким образом, для скоммутированного термоэлемента оказалась равной в среднем Такие термоэлементы обеспечивают на одном каскаде перепад температур 63—65° (при температуре горячего спая 20°).