Streszczenie:
Materiały na bazie trójantymonku kobaltu CoSb3, używane są jako elementy generatorów termoelektrycznych w temperaturach nieprzekraczających 450 °C ze względu na niską stabilność termiczną i chemiczną. W niniejszej pracy wykazano, że procesom degradacji można zapobiec przez naniesienie odpowiedniej powłoki ochronnej, która stanowiłaby barierę dla dyfuzji tlenu i antymonu oraz nie wchodziłaby w reakcję z materiałem podłoża. Opracowano kilka rodzajów powłok: hybrydowe powłoki polimerowo- metaliczne, warstwy chromowo-krzemowe nanoszone metodą impulsowego rozpylania magnetronowego oraz powłoki amorficzne otrzymywane techniką emalierską. Metodą grawimetryczną badano przebieg utleniania CoSb3 - niechronionego
i modyfikowanego powłokami - w zakresie temperatury 500-700 °C. Na podstawie systematycznych analiz powierzchni, przełomów oraz przekrojów poprzecznych określano właściwości ochronne powłok oraz rodzaj i zasięg reakcji chemicznych i procesów dyfuzyjnych. Stwierdzono, że naniesione magnetronowo warstwy Cr-5Si (% at.), o grubości 2-3 μm, stanowią dobre zabezpieczenie materiału CoSb3przed utlenianiem w temperaturze 500 °C a powłoki amorficzne -
nawet w temperaturze 600 °C. Dodatkowym efektem prowadzonych badań było opracowanie nowego sposobu otrzymywania CoSb3, który pozwala na znaczne
zwiększenie efektywności syntezy w porównaniu do tradycyjnie stosowanych rozwiązań.
Abstract:
Materials based on cobalt triantimonides CoSb3 are used as components of thermoelectric devices at temperature not exceeding 450 °C because of poor thermal and chemical stability. In this work, it has been demonstrated that this deficiency can be overcome by means of a suitable protective coating, which would block the diffusion of antimony and oxygen and would be inert in contact with the substrate. Several coating systems were investigated: hybrid polymer-metal coatings, magnetron sputtered Cr-Si layers and enamel coatings. Oxidation behaviour of pure and coated CoSb3 was studied by a gravimetric
method in the temperature range 500-700 °C. On the basis of systematic analyses of surfaces, fractures and cross-sections of specimens it was possible to evaluate protective properties of the coatings as well as to determine the type and extent of chemical reactions and diffusion phenomena. It has been found that the magnetron sputtered Cr-5Si (at. %) layers, thickness of 2-3 μm, provide satisfactory protection for CoSb3 at 500 °C, while the enamel layers - even at 600 °C. In
addition, an alternative route has been developed for the manufacturing CoSb3,
