ZrNiSnハーフホイスラー系における結晶相－アモルファス相複合焼結体の作製とその熱電特性の評価

摘要

本研究では，ハーフホイスラーZrNiSn系熱電変換材料について，結晶相とアモルファス相から成る複合焼結体の作製を試みた．原子配列の周期構造の広がりの大きさを結晶粒径とするならば，原子配列の周期性を持たないアモルファスは，無限に小さな結晶粒径を持った“結晶”であるということができる．そして，アモルファス（ガラス）が最も熱伝導率の小さな物質形態であることは良く知られている．たとえば，SiO_2の単結晶である水晶の熱伝導率は9.3Wm~(-1)K~(-1)（c軸方向，343K）であるが，ガラス状態である石英ガラスの熱伝導率は1.4Wm~(-1)K~(-1)（273K）である．研究に先立ち，ZrNiSnのアモルファス化を試みたが，本研究で採用したメルトスピニング法ではアモルファス相のZrNiSnを得ることができなかった．そこで，同じ系に属するZrNiのアモルファス相粉末と，結晶相のZrNiSn粉末との混合物を放電プラズマ焼結装置（SPS）により焼結させ，結晶相－アモルファス相の複合焼結体を作製することを試みた．SPSによれば低温，短時間での焼結が可能であり，アモルファスのバルク焼結体が作製できることがこれまでにも報告されている．そして，その複合焼結体の熱電特性を評価し，熱電変換材料としての可能性を検討した．