[发明专利]热电的发电模块、金属-陶瓷基体以及用于制造金属-陶瓷基体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的热电的发电模块，根据权利要求24的前序部分所述的相关的金属-陶瓷基体，以及一种根据权利要求34的前序部分所述的用于制造金属-陶瓷基体的方法。

背景技术

热电发电机的工作方式在原理上是已知的。在热区域和冷区域之间存在的温度差产生通过热电的发电构件的热流，所述热流通过热电的发电构件转换成电能。为此，优选采用由热电的半导体材料制成的热电发电构件。

目前正在研究用于将热直接转换成电能的热电发电机在机动车辆领域的应用，以便例如由废气的剩余热量回收获得用于车辆内部的能量系统的电能。根据初步的认知由此可以明显降低车辆的燃料消耗。

但这里的问题是，这种由热电的半导体材料制成的热电的发电构件在车辆的废气区域、尤其是在废气设备中的布置。为此，需要具有高的抗交变温度的热电的发电机或热电的发电模块，所述热电的发电机或热电的发电模块特别是要能够可靠地承受废气区域或热区域中在40℃至800℃之间的温度波动。

此外，优选已知以不同的实施形式的电路板形式的金属-陶瓷基体，所述金属-陶瓷基体具有至少一个陶瓷层以及至少一个施加在陶瓷层表面的金属化部，其中金属化部为了构成导体线路、接触区域或固定区域而是结构化的。

还已知例如所谓的“DCB法”(直接敷铜)用于将金属层或金属板、优选是铜板或铜箔相互连接或与陶瓷或陶瓷层连接，并且是在使用金属板或铜板或者金属箔或铜箔的情况下连接，所述金属板或铜板或者金属箔或铜箔在其表面侧具有包括由金属和反应气体、优选是氧气组成的化合物的层或覆盖部(“熔化层”)。在这种例如在US-PS 3744120或DE-PS 2319854中记载的方法中所述层或覆盖部(“熔化层”)形成一种具有比金属(例如铜)的熔点低的熔点的低共熔混合物，从而通过将金属或铜箔施加到陶瓷上和通过加热所有的层可以使这些层相互连接，并且是通过金属或铜主要仅在熔化层或氧化层的区域的熔化实现连接。这种DCB法例如具有以下方法步骤：

-使铜箔这样氧化，使得获得均匀的氧化铜层；

-将具有均匀的氧化铜层的铜箔施加到陶瓷层上；

-将所述复合体加热到在大致1025℃至1083℃之间的过程温度，例如加热到1071℃。

-冷却至室温。

此外，还由文献DE 2213115和EP-A-153618已知所谓的活性钎焊法，用于将由金属化部形成的金属层和金属箔、特别也使铜层和铜箔与陶瓷材料或陶瓷层连接。这种方法专门用于制造金属-陶瓷基体，在这种方法中，在采用硬钎焊料的情况下在约800-1000℃的温度下建立金属箔、例如铜箔与陶瓷基体、例如氮化铝陶瓷之间的连接，所述硬钎焊料除了主要成分，如铜、银和/或金以外，还包括活性金属。所述活性金属是组Hf、Ti、Zr、Nb、Ce中的一种元素，所述活性金属通过化学反应在硬钎焊料和陶瓷之间建立连接，而硬钎焊料与金属之间的连接是金属的硬钎焊连接。

还已知所谓的帕耳贴元件形式的热电的发电构件，所述帕耳贴元件在存在电流时产生温度差或者在存在温度差时产生电流。这种帕耳贴元件主要包括两个方体形的半导体元件，所述半导体元件具有不同的能量水平，就是说构造成p传导或n传导的，它们通过金属桥在单侧相互连接。这里各金属桥同时还构成热连接面，所述连接面优选施加到陶瓷上并由此相互绝缘。由此p传导和n传导的方体形的半导体元件通过金属桥相互连接，并且是这样连接，使得形成帕耳贴元件的串联电路。

发明内容

由前面所述的现有技术出发，本发明的目的在于，给出一种热电的发电模块，以及一种所述的金属-陶瓷基体，还有一种用于制造所述金属-陶瓷基体的方法，所述金属-陶瓷基体具有高的交变温度耐抗性，特别是使得可以将热电的发电构件设置在机动车辆的废气范围中。为了实现所述目的，热电的发电模块根据权利要求1构成。所属的金属-陶瓷基体以及其制造方法是权利要求24和34的主题。