《温差电组件用热电材料》

ICS

CCS

团体标准

T/SHXCL0021—202X

温差电组件用热电材料

Thermoelectricmaterialforthermoelectricityassembly

(征求意见稿)

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

上海市新材料协会发布

T/SHXCL0021—202X

1范围

本文件规定了温差电组件用热电材料术语和定义、命名、要求、试验方法、检验规则及标志、

包装、运输和贮存。

本文件适用于室温附近温差电组件用热电致冷材料。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用

文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）

适用于本文件。

GB/T191-2008包装储运图示标志

GB/T915-2010铋

GB/T1599-2014锑锭

GB/T2829-2002周期检验计数抽样程序及表(适用于对过程稳定性的检验)

GB/T4472-2011化工产品密度和相对密度的测定

GB/T6388-1986运输包装收发标志

GB/T7314-2017金属材料室温压缩试验方法

GB/T22588-2008闪光法测量热扩散系数或导热系数

SJ2855-88温差电致冷名词术语、型号命名及其性能测试方法

SJ2857.2-88温差电致冷材料性能的测试方法电导率测试方法

SJ2857.3-88温差电致冷材料性能的测试方法温差电动势率测试方法

YS/T222－2010（2021）碲锭

YS/T816－2012（2021）高纯硒

ASTME1269-11差示扫描量热法（DSC）测试比热容的标准试验方法

3术语和定义

SJ2855-88界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

塞贝克系数（温差电动势率）

塞贝克电动势与其接头间温差的比值。

计量单位：VK-1

符号：α

[SJ2855-88，定义1.7]

3.2

电导率

衡量物质导电本领的参数,在某种材料中它是电流密度对电场强度的比率。电导率是温度的函

数。

计量单位：Ω-1·m-1。

2

T/SHXCL0021—202X

符号：σ。

[SJ2855-88，定义2.2]

3.3

电阻率

电导率的倒数。

计量单位：Ω·m。

符号：ρ。

[SJ2855-88，定义2.3]

3.4

热导率

衡量物质热传导本领的参数，它等于单位时间流经单位截面的热量，除以垂直于该面方向上的

温度梯度的负值。热导率是温度的函数。

计量单位：W(m·K)-1。

符号：κ。

[SJ2855-88，定义2.4]

3.5

温差电材料（热电材料）

一种可以把热能直接转变成电能或直接由电能产生致冷或致热作用的材料。

［SJ2855-88，定义3.10］

3.6

温差电材料的品质因数（优值）

表明温差电材料温差电性能的综合参数。

Z=α2·σκ-1或α2(ρκ)-1：

式中：Z──某温度下温差电材料的品质因数，K-1

α──该材料在此温度的温差电动势率，V·k-1

σ──该材料在此温度的电导率，Ω-1·m-1

κ──该材料在此温度的热导率，W(m·K)-1

ρ──该材料在此温度的电阻率，Ω·m

［SJ2855－88，定义2.16］

3.7

固溶体

一种由基体元素或化合物(溶剂)在固态下溶有其它元素(溶质)原子所组成的晶体.可分为间隙固

溶体和置换固溶体两种类型。

[SJ2855-88，定义3.7]

3.8

N型半导体温差电材料

具有温差电性能的多数载流子是电子的半导体材料。

[SJ2855-88，定义3.12]

3.9

P型半导体温差电材料

具有温差电性能的多数载流子是空穴的半导体材料。

[SJ2855-88，定义3.13]

3.10

3

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准二元温差电材料

晶格结构相似的两种二元化合物半导体按化学配比制备成的温差电材料，也称为准二元材料。

[SJ2855-88，定义3.14]

3.11

准三元温差电材料

晶格结构相似的三种二元化合物半导体按化学配比制备成的温差电材料，也称为准三元材料

[SJ2855-88，定义3.15]

3.12

再生原料

前次热电材料制备过程中产生的废弃材料或者剩余材料再次投入使用的。

3.13

区熔法

一种制备晶体和提纯晶体的方法，熔区从锭的一端通过整个锭料至另一端。

[SJ2855-88，定义3.19]

3.14

粉末冶金法

由金属或金属化合物制成粉末，然后压制成型和烧结而成的制品的一种工艺方法。

[SJ2855-88，定义3.20]

3.15

晶棒：

按区熔或粉末冶金等方法加工成棒状的热电材料。

4命名和分级

4.1命名

温差电组件用热电材料是以碲化铋为基的准二元或准三元材料，型号如下：

XXX/XX/XX

等级：不添加再生料为A,添加再生料为B

组份：准二元为2,准三元为3

晶棒的标称直径或等效截面直径/mm

类别,分N和P

晶棒代号(ZM：区熔法生产的晶棒；EX：热挤出法生

产晶棒；HP热压法生产的晶棒)

示例:EXN/28/2A表示粉体烧结晶棒、N型、标称直径为φ28mm、二元组成、不含再生原料配

制而成的晶棒。

4.2等级

按原料来源的差异,热电材料分为A级品和B级品。

4.2.1A级品

采用半导体元素材料按规定的化学比配制而制成，符合本文件规定的电、热物理性能和机械性

能要求的热电材料为A级品。

4.2.2B级品

4

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添加了再生原料，采用综合调制的方法，使之符合本文件相应规定的电、热物理性能和机械性

能要求的热电材料为B级品。

5结构与原料

5.1结构

温差电组件用热电材料应按规定程序批准的技术文件要求的化学成份和比例制造。主要原材料

有碲、锑、铋、硒和掺杂剂，配制掺杂剂的材料应为纯度大于99.99%的化学元素和达到化学试剂纯

的化学试剂。

5.2原料

5.2.1碲

所选原材料碲的纯度不低于99.99%，并应符合YS/T222－2021的规定。

5.2.2锑

所选原材料锑的纯度不低于99.99%，并应符合YS/T674-2008的规定。

5.2.3铋

所选原材料铋为纯度99.99%铋,并应符合GB/T915－2010的规定。

5.2.4硒

所选原材料硒的牌号为纯度不低于99.999%高纯硒,并应符合YS/T816－2012（2021）的规定。

5.2.5再生原料

符合本文件3.12条定义的原料。

6要求

6.1外观

温差电组件用热电材料表面无明显裂纹、缺损，无明显杂质。表面应无下列情况之一的裂纹：

a)横向裂纹:裂纹走向与热电材料轴线几乎垂直的裂纹；

b)机械损伤造成的裂缝。

6.2热电材料室温电阻率

8.0×10-6(Ω·m)≤ρ≤1.20×10-5(Ω·m)。

6.3热电材料室温温差电动势率

温差电动势率α≥190×10-6(VK-1)。

6.4热电材料室温材料功率因子

A级品功率因子α2ρ-1≥40×10-4(WK-2m-1)；

5

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B级品功率因子α2ρ-1≥38×10-4(WK-2m-1)。

6.5热电材料室温热导率

热导率κ≤1.60(Wm-1K-1)。

6.6热电材料室温品质因数

A级品Z≥2.80×10-3(K-1)；

B级品Z≥2.50×10-3(K-1)。

6.7热电材料抗压强度

区熔法制备的材料P型R≥35（MPa）；

区熔法制备的材料N型R≥70（Mpa）；

粉末冶金法制备的材料P型R≥155（MPa）；

粉末冶金法制备的N型R≥195（Mpa）。

7试验方法

7.1一般规定

晶棒初始测量和最后测量的条件应相同,由于温度误差和测量仪器的误差而引起的全部误差不

应超出文件中规定偏差的10%。

除非另有规定,试验的大气条件为:

温度:15℃～35℃；

相对湿度:45%～75%；

大气压力:86kPa～106kPa。

7.2外观

在照度不低于300Lux工作台灯下肉眼观察晶棒表面应符合本文件第6.1.1条的规定。

7.3电阻率试验

7.3.1试验条件

试验应在测试区域进行,测试区应避免阳光直射且应无明显的空气流动。

环境温度为25℃±5℃,且每小时变化不超过±1℃；

相对湿度为45%～75%；

大气压力为86kPa～106kPa。

7.3.2试验样品

样品为外观检验合格的晶棒。

7.3.3试验仪器

a)毫伏表；

b)数字源表；

c)多通道数据采集器；

6

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d)数字式游标卡尺:量程0mm～150mm,分辨率0.02mm；

e)电阻率测试夹具。

7.3.4试验原理

电阻率的测量原理参见SJ2827.2-88中第1章。

当环境温度偏离规定值(25℃)时,可用下式进行修正：

ρ=ρT(1+0.0524)^(25-T)

式中:ρT──室温下电阻率的实测值

T──室温

推荐的测量装置如图1所示：

多通道数据采集器

1

77I

2纳伏表

3数字源表

毫表777

4

5

6

1、多通道数据采集器2、探针支架3、探针4、支架5、晶棒6、电流侧电极夹具

图1电阻率测量装置

7.3.5试验程序

测量程序参照SJ2857.2-88标准第4章。

计算所得的电阻率ρ应符合本文件第6.2条的规定。

7.4温差电动势率试验

7.4.1试验条件

除符合本文件第6.3.1条的规定外，还需符合以下要求：

环境温度：25℃±5℃；

冷热端电极温差ΔT不大于10℃。

7

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7.4.2试验样品

样品为外观检验合格的热电材料。

7.4.3试验仪器

1-3

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

b)精密数字温度计，显示精度±0.1℃；

c)精密数字温度控制仪,控制精度±0.1℃；

d)温度传感器；

e)电加热器；

f)温差电动势率测试夹具。

7.4.4试验原理

温差电动势率的测量原理见SJ2857.3-88第1章原理。

推荐的测量装置示意如图2所示：

4

Th

15

+6

2V

7

-

8

Tc

39

1、温度显示仪2、直流毫伏表3、温度显示仪4、热端电极5、电加热器6、热端温度传感器

7、晶棒8、冷端温度传感器9、冷端电极

图2温差电动势率测量装置

7.4.5试验程序

测量程序参照SJ2857.3-88第4章。

计算所得的温差电动势率α应符合本文件第6.3条的规定。

7.5功率因子

根据所测得的温差电动势率和电阻率，经下式计算所到的功率因子值PF满足6.4条的规定。

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2

�

式中：α──温差电动势率，VK-1PF=

�

ρ──样品的电阻率；单位：[Ω·m]

7.6热导率的测量

7.6.1试验条件

试验环境应控制在一定温度和湿度下:

环境温度：25℃±5℃；

相对湿度：40%～60%。

7.6.2试验样品

样品的热物理性质应在整个测试区域内保持均匀。

样品尺寸：厚度为1mm~3mm

表面处理：样品表面需涂有低反射率的涂层，以提高激光吸收率

7.6.3试验仪器

激光闪射设备

红外探测器：精度±0.1℃

数据采集系统：分辨率1μs

7.6.4试验原理

热导率的测量原理参见GB/T22588-2008。其中，比热容测量可参见GB/T22588-2008引言部

分所述的比较法或ASTME1269-11；密度测量可参见GB/T4472-2011的方法。

7.6.5试验程序

7.6.5.1按GB/T22588-2008测量样品的热扩散系数。

7.6.5.2按GB/T22588-2008比较法或ASTME1269-11测量样品的比热容。当对结果有争议时，比

热容以ASTME1269-11方法为准。

7.6.5.3按GB-T4472-2011测量样品的密度。

7.6.5.4按下式计算热导率κ，所得的热导率κ应符合文本件第6.5的规定。

κ=λ·Cp·x

式中：κ──热导率，单位：W(m·K)-1

λ──热扩散系数，单位：m2s-1

-1

Cp──比热容，单位：J(kg·K)

x──密度，单位：kgm-3

7.7材料品质因素Z

根据所测得的温差电动势率、电阻率、热导率，经下式计算所到的品质因素值Z满足6.6的规

定。

9

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2

�

式中：α──温差电动势率，VK-1Z=

ρ�

ρ──样品的电阻率；单位：Ω·m

κ──热导率，单位：W(m·K)-1

7.8材料抗压强度

7.8.1试验条件

试验环境应控制在一定温度和湿度下:

环境温度：25℃±5℃；

相对湿度：40%～60%。

7.8.2试验样品

样品准备参照GB/T7314-2017。推荐样品d（或a）等于5mm、长度8mm，长度方向与试验施

方向一致。样品数量不少于6个。

7.8.3试验仪器

电子万能试验机，精确度等级不低于1级。

7.8.4试验程序

参照GB/T7314-2017。测量结果R应符合本文件第6.7的规定。

8检验规则

8.1检验分类

晶棒的检验分为交收检验和型式检验。

8.2交收检验

8.2.1检验项目

按本文件第6.1～6.4条的规定进行检验。

8.2.2抽样方案

交收检验为全检。

8.2.3判定

交收检验时先按本文件第6.1条规定进行检验，合格者再按本文件第6.2～6.4条的规定进行检

验。

8.2.4处理

经检验后不合格的晶棒允许返工,调制后性能达到本标准的规定时作为合格晶棒,。允许调制二次，

仍不合格的将标识为再生原料。

8.3型式检验

8.3.1检验项目

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型式检验为全项目检验，如表1所示。

8.3.2抽样方案

型式检验按GB/T2829-2002规定进行，采用判定水平Ⅱ、样本大小ｎ＝6的一次抽样方案，不

合格质量水平和判定数组按表1的规定。

表1不合格质量水平和判定

不合格质量判定数组

检验项目要求试验方法

水平RQL）

AcRe

（本文件）（本文件）

外观6.17.2

电阻率ρ6.27.3

2501

温差电动势率α6.37.4

功率因子6.47.5

热导率κ6.57.6

品质因数（优值系数）

Z6.67.7501