Анотація до роботи:

Романюк І.С. Розробка технології високонадійних термоелектричних модулів Пельтьє на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 - технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. Національний університет “Львівська політехніка”, м. Львів, 2005 р.

У дисертації подано результати розробки технології високонадійних термоелектричних модулів Пельтьє (ТЕМ) на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb. Проведено оцінку міцнісних параметрів ТЕМ при їх однобічному защемленні. Створено оптимізовані технології однорідних кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb діаметром 28-38 мм з механічною міцністю на розрив S=(2,4-2,5) кГс/мм², добротністю Z_p,n= (3,0– 3,2)10^-3 К^-1 (Т=300 К) і процентом виходу придатних 69–75 %; електрокомутаційних шарів Cu на теплопереходах та антидифузійних шарів Ni на гілках ТЕМ. Проведено випробування ТЕМ, створених із застосуванням наведених технологій, на стійкість до механічних і кліматичних факторів. Досягнуто 12000 год. напрацювання у неперервному та 3000 год. у циклічному режимах. На базі цих ТЕМ створено ряд приладів та пристроїв.

Основні наукові та практичні результати роботи є такими:

1. Показано, що міцнісні параметри ТЕМ з однобічною фіксацією відзначаються розкидом геометричних розмірів гілок, механічною міцністю та неоднорідністю застосованих термоелектричних матеріалів. Визначено, що в межах каскаду величина пружних напружень у випадку однобічної фіксації в 2 - 3 рази менша, ніж у випадку двобічної фіксації ТЕМ на основі кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb.

2. Вперше на основі методу вертикальної зонної перекристалізації з використанням рухомого тепловирівнюючого формоутворювача у вигляді шайби, розроблено технологію вирощування кристалів твердих розчинів Bi-Te-Se-Sb з неоднорідністю 5 %, діаметром (28 - 38) мм і довжиною (300 - 330) мм, термоелектричною добротністю Z_p,n= (3,0 - 3,2)10^-3К^-1, механічною міцністю на розрив S=2,4-2,5 кГс/мм² і процентом виходу придатних (69–75) %.

3. Вперше розроблено технологію мідних високонадійних електрокомутаційних доріжок на кераміці шляхом детонаційного напилювання, що забезпечує їх міцність на розрив S_А =(1,65 - 1,76) кГс/мм² після 3000 годин наробітку в циклічному режимі при електричному опорі r = (2,3 - 3,2)10^-6 Ом/см².

4. Удосконалено технологію антидифузійних перехідних шарів гілок ТЕМ. Виявлено вплив на адгезійні властивості хімічно нанесених антидифузійних шарів нікелю на кристалах Bi-Te-Se-Sb у процесі їх відпалу зовнішніх постійного магнітного та імпульсного електричного полів. Розроблена технологія забезпечує адгезійну міцність S_Ар = S_Аn = (1,38 - 1,45) кГс/мм² при електричному опорі r_p = 510^-6 Ом/см², r_n = 710^-6 Ом/см² (відповідно для p та n-гілок) після 3000 годин напрацювання у циклічному режимі.

5. Створено ряд конструкцій ТЕМ підвищеної надійності та вдосконалено технологію їх збирання, що дозволило забезпечити працездатність ТЕМ після впливу вібраційних навантажень у діапазоні частот 10-2000 Гц з прискоренням 15 g, багаторазових ударів (10000) з прискоренням 75 g, одноразових ударів з прискоренням 150 g, п’яти циклів зміни температур від 343К до 213К та комплексного впливу температури 373К та вібрації 50 Гц протягом 15 хвилин. Термін напрацювання розроблених ТЕМ – 12000 годин у неперервному та 3000 годин у циклічному режимах.

6. Розроблені ТЕМ підвищеної надійності застосовано у термоелектричних переносних і стаціонарних холодильниках; термостаті для збереження плодоовочевої продукції; медичному приладі для термопунктури біологічно активних точок людини; низці термостатованих фотоприймачів різноманітного призначення.

Публікації автора:

1. Ащеулов А.А., Добровольский Ю.Г., Романюк И.С. Механическая прочность ветвей термоэлектрических модулей Пельтье при их односторонней фиксации. Тезисы докладов 18 международной научно-технической конференции по фотоэлектричеству и ПНВ. Москва. ГУП НПО «Орион». 2004. –с.116-117.

2. Ащеулов А.А., Добровольский Ю.Г., Романюк И.С. Особенности технологии термоэлектрических модулей Пельтье повышенной надежности // ТКЭА. –2004. -№4. –с. 54-57.

3. Романюк И.С. О возможности получения монокристалличекого теллурида висмута // Электроника и связь. -1998. -вып.4.-ч.3. -С. 442.

4. Пат. № 36796 А України, МПК H 01 С30В13/30, С30В13/34. Спосіб отримання монокристалів твердих розчинів на основі телуриду вісмуту методом вертикальної зонної перекристалізації / Ащеулов А.А., Добровольській Ю.Г., Романюк І.С (Україна); ВП “Гермес-Кварц”. -№ 2000020710; Заявл. 09.02.2000; Опубл. 16.04.2001; Бюл. № 3; 4 с.

5. Ащеулов А.А., Романюк І.С, Простебі Л.І., Добровольский Ю.Г. Пристрій для отримання монокристаллів твердих розчинів на основі телуриду вісмуту // Науковий вісник Черн. ун-ту. Фізика. Електроніка. –1999. –Вип. 66. -С. 39-40.

6. Ащеулов А.А., Романюк И.С., Добровольский Ю.Г. Особенности получения кристаллов твердых растворов Bi-Te-Se-Sb методом вертикальной зонной перекристаллизации с «тонущим» формообразователем // Термоэлектричество. –2002. -№2. –С. 60-67.

7. Ashcheulov A.A., Dobrovolsky Yu.G., Romanyuk I.S. Abоut an opportunity of quality surveillance of thermoelectric materials with the help of gаs-charge visualization // J. of Thermoelectricity. -2000. - №1. -P.54-55.

8. Ащеулов А.А., Романюк І.С., Іларіонов О.Є., Мілованов І.Я., Мікітчук А.В. Термоелектричні напівпровідникові охолоджувачі для термостабілізації електронних приладів // Науковий вісник Черн. ун-ту. Фізика. –1998. –Вип. 32. -С. 116-117.

9. Ащеулов А.А., Романюк І.С., Добровольський Ю.Г., Шайко-Шайковський О.Г., Клепіковський А.В., Фотій В.Д.. Термоелектричні модулі Пельтьє підвищеної надійності // ФХТТ.-2002.-Т.3,№ 2. –С. 72-77.

10. Ащеулов А.А., Романюк И.С., Добровольский Ю.Г., Клепиковский А.В., Фотий В.Д., Шайко-Шайковский А.Г. Охладители Пельтье повышенной надежности для фотоприемников // Прикладная физика. - 2003. -Вып.2. –с. 114-117.

11. Ащеулов А.А., Дунаенко А.Х., Пундик В.И., Романюк И.С., Фотий В.Д. Получение электрокоммутационных слоев керамических теплопереходов методом детонационного напыления // ТКЭА. -2004. -№1. -С. 51-52.

12. Ащеулов А.А., Добровольский Ю.Г., Романюк И.С. Дослідження впливу певних комбінацій електричного та магнітного полів на властивості напівпровідникових приладів // Науковий вісник Черн. ун-ту. Фізика. –1998. –Вип. 29. –С. 173-175.

13. Романюк И.С. Некоторые особенности изготовления термо-электрических модулей Пельтье повышенной надежности на основе кристаллов Bi-Te-Se-Sb. Вісник національного університету «Львівська політехніка». -2004. -№ 510. -С.83-92.

14. Ащеулов А.А., Добровольський Ю.Г., Романюк І.С. Розробка технології та обладнання для створення ТЕМ Пельтьє підвищеної надійності. Труды 5 международной научно-технической конференции «Современные информационные и электронные технологии». Одесса. –2004. –с. 289-290.

15. Ashcheulov A.A., Romanyuk I.S., Dobrovolsky Yu.G., Godovanyuk V.N. Investigation of the ways to develop multi-chamber household thermoelectric cooler // J. of Thermoelectricity. –1997. -№4. - P. 98-99.

16. Ashcheulov A.A., Dobrovolsky Yu.G., Romanyuk I.S., A.G. Shaiko-Shaikovskii. A unit for thermal reflexotherapy // J. of Thermoelectricity. -1999. -№4. - P. 81-84.

17. Патент № 45615 А України, МКВ H01L 35/02. Пристрій для термопунктури / Ащеулов А.А., Добровольський Ю.Г., Романюк І.С., Борец В.Я., Шайко-Шайковский О.Г. (Україна); Заявка № 2001042798 на від 24.01.2001.

18. Пат. №39347А України, МПК H 01 L31/06. Фотоелектричний приймач лазерного випромінювання / Ащеулов А.А., Добровольський Ю.Г., Романюк І.С (Україна); ЧНУ ім. Ю.Федьковича. -№ 2000052887; Заявл. 22.05.2000; Опубл.11.06.2001; Бюл. №5; 4с.

19. Ащеулов А.А., Годованюк В.Н., Добровольський Ю.Г., Романюк И.С., Оптимизация надежности кремниевых р-і-п фотодиодов по темновому току // ТКЭА. -1999. -№1-2. -С. 18-21.

20. Ащеулов А.А., Годованюк В.Н., Добровольский Ю.Г., Романюк И.С. Повышение надежности кремниевых фотодиодов путем оптимизации их параметров. Тезисы конференции "Системы и средства передачи и обработки информации" –ССПОИ-98. Одесса, 1998, с. 39.