The Effect of Particle Size and Compaction Pressure on the Thermoelectric Properties of n-type FeSi2

The effect of particle size and compaction pressure on the thermoelectric properties of n-type $FeSi_2$ was investigated. The starting powders with various particle size were pressed into a compact (compaction pressure; $70{\sim}220kg/cm^2$). The compact specimens were sintered at 1473 K for 7 h and annealed at 1103 K for 100 h under Ar atmosphere to transform to the semiconducting ${\beta}$-phase. The microstructure and phases of the specimens were observed by SEM, XRD and EDS. The electrical conductivity and Seebeck coefficient were measured simultaneously for the same specimen at r.t.~1023 K in Ar atmosphere. The electrical conductivity increased with decreasing particle size and hence the increases of relative density of the sintered body and the amount of residual metallic phase ${\varepsilon}$-FeSi due to a increase of the electrical conductivity. The Seebeck coefficient exhibited the maximum value at about 700~800 K and decreased with decreasing particle size. This must be due to a increase of residual metallic phase ${\varepsilon}$-FeSi. On the other hand, the change of compaction pressure appeared to have little effect on the thermoelectric properties. Consequently, the power factor would be affected more by particle size than compaction pressure.

N형 FeSi2의 열전특성에 미치는 입자크기 및 성형압력의 영향

n형 FeSi2의 열전물성에 미치는 입자크기 및 성형압력의 영향에 대해 조사하였다. 입자크기가 다른 출발 분말을 각각 가압성형(성형압력; $70{\sim}220kg/cm^2$) 하였고, 제작한 성형체를 Ar 분위기 1473 K에서 7시간 소결한 후, 반도체상인 ${\beta}$상을 얻기 위해 1103 K에서 100시간 소둔처리 하였다. XRD, SEM 및 EDS를 이용해서 시편들의 미세구조 및 상분석을 행하였다. 동일 시료를 가지고 Ar 분위기 상온~1023 K에서 도전율과 Seebeck 계수를 동시에 측정하였다. 입자크기가 작을수록 소결밀도와 잔존 ${\varepsilon}$-FeSi 금속전도상 증가에 의해 도전율이 상승하였으며, Seebeck 계수는 700~800 K에서 최고값을 나타내었고, 입자크기가 작을수록 잔존 ${\varepsilon}$-FeSi 금속전도상 증가에 의해 감소하였다. 반면에 성형압력의 변화는 도전율 및 Seebeck 계수에 그다지 큰 영향을 미치지 않았다. 결과적으로 power factor는 성형압력 보다 입자크기에 큰 영향을 받았다.