Технологии

В ООО НПО Кристалл в качестве основных производственных технологий получения термоэлектрических материалов на основе твердых растворов теллуридов  висмута и сурьмы используются кристаллизационные методы. 

Уникальный способ получения кристаллического материала в виде профилированных пластин, главные сопутствующие технологические приемы, производственное, измерительное и испытательное оборудование были разработаны сотрудниками компании. Основополагающие элементы технологии защищены многочисленными патентами. Технология основывается на методе нормально направленной кристаллизации, при которой рост кристаллических образцов осуществляется в графитовых контейнерах с тонкой полостью, размеры и форма которой могут задаваться в зависимости от требований к материалу. Из-за существующей анизотропии роста вдоль различных кристаллографических направлений материал растет строго ориентированно по всей длине пластины. Такой материал обладает хорошими структурными свойствами, высокой термоэлектрической эффективностью и технологичностью. Выращенные пластины подвергаются сплошному визуальному контролю по структуре, на каждой пластине измеряется распределение электропроводности по всей её длине.

STM: Полупроводниковый термоэлектрический материал
I: Направление тока
1: Пластина термоэлектрического материала (P- или N-типа)
2: Заготовка (P- или N-типа)
3: Термоэлектрический элемент (P- или N-типа)

Для получения материала с повышенными механическими свойствами, используется горячее вакуумное прессование. Исходный материал в виде порошка, измельченного до необходимых размеров, загружается в пресс-форму и при приложении давления и температурном воздействии происходит его спекание. Процесс проводится либо в вакууме, либо в защитной атмосфере инертного газа с целью уменьшения потерь летучих компонентов. Возможно получение образцов как цилиндрической формы, так и в виде прямоугольного параллелепипеда. 

Задание требуемых геометрических размеров термоэлементов производится с помощью обработки на специальных электроэрозионных станках. В этом случае материал разрезается под действием высокочастотных электрических разрядов, что позволяет добиться высокой точности геометрии и чистоты обрабатываемой поверхности, малой толщины реза и, как следствие, меньших потерь материала. Точность задания линейных геометрических размеров термоэлементов составляет ± 0,02 мм.

В ООО НПО Кристалл используется современное оборудование для нанесения вакуумными способами многослойных покрытий с различной толщиной слоев. Для повышения надежности и увеличения срока службы термоэлементов при повышенных температурах разработаны несколько типов коммутационных  покрытий с хорошими антидиффузионными характеристиками для пайки различными припоями, включающие нанесение молибдена, никеля и олова, в том числе, с помощью магнетронного напыления. После нанесения покрытия проходят испытания на качество адгезии в испытательных машинах на разрыв.

Качество термоэлементов проверяется на стендах измерения термоэлектрической добротности по методу Хармана, проводятся измерения соответствия геометрических размеров, проводимости и коэффициента термо-эдс заданным значениям.

В основе технологии сборки термоэлектрических модулей лежит пайка термоэлементов между керамическими теплопереходами. В качестве безсвинцовых припойных паст используются пасты на основе висмут-олово  и олово-сурьма.  Керамические теплопереходы, представляют собой пластины, выполненные из оксида или нитрида алюминия,  с нанесенными контактными элементами, к которым припаиваются металлические шины.

Припойную пасту дозированно наносят методом трафаретной печати. После виброукладки и позиционирования термоэлементов в специальной оснастке выполняют операции пайки и последующую отмывку модулей от остатков  флюсов. Завершающей операцией является прецизионная шлифовка модулей с точностью до 0,01 мм, обеспечивающая необходимую плоскопараллельность поверхностей модуля.

После сборки модулей проводится 100% контроль их параметров: термоэлектрической добротности и сопротивления. Периодически модули подвергаются ресурсным испытаниям на стендах термоциклирования и выполняются измерения  их холодопроизводительности.