服役条件下方钴矿基热电元件的界面应力分析

• 作者: 刘睿恒 初靖 张丽娜 柏胜强 王亮 白光辉 邵笑 陈立东 顾明 马伟
• 来源期刊: 无机材料学报
• 学科: 工学
• 关键词: 热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度
• 年，卷（期）: 2020,（2）
• 所属期刊栏目: 研究快报
• 页码范围: 224-230
• 页数: 7页
• 分类号: TQ174
• 字数: 1587字
• 语种: 中文
• DOI: 10.15541/jim20190112

摘要

热电器件中,界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素.对于方钴矿(SKD)器件,热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接.在高温下,DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构,导致界面附近的热、电、力学性能发生变化.本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型,并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态.采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选,发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响.采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布,结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中,CoSb2反应层最为薄弱,随着老化时间的延长,反应层的厚度增加,界面应力变大.同时,元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好,验证了模型的准确性与可行性.本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导,同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路.