DE2013653A1

DE2013653A1 - Mounting for thermo-electric element

Info

Publication number: DE2013653A1
Application number: DE19702013653
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr rer nat 60™ Neu Isenburg Henkel Hein? 6053 Oberts hausen Hesse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-03-21
Filing date: 1970-03-21
Publication date: 1971-10-14

Abstract

The limbs of the Ge-Si mixed crystal element have tungsten contacts and are fixed to the cold body using a laminate of gold, ceramic and tungsten, all the components beign jointed with a solder pref. of Au-Ni alloy. The mounting, used esp. for themro electric-generators, has outstanding mechanical and heat transfer properties and is suitable for space use.

Description

Halterung eines Thermoelementes Die Erfindung bezieht sich auf eine Halterung eines Thermoelementes aus einem Germanium-Silizium-Mischkristall mit Wolfraikontakt mittels eines Schichtenaufbaues aus verschiedeten Materialien an einem Kühlkörper, Bei einem thermoelektrischen Generator müssen die eiizelnen Thermoelemente sowohl al der kalten als auch der heißen Koitaktstelle mechanisch stabil gehaltert sein, und zur Erzielung eines guten Wirkuigsgrades bei der Energieumwandlung wird ein möglichst kleiner Wärmewiderstand an den Eontikt- bzw. Holder of a thermocouple The invention relates to a Holder of a thermocouple made of a germanium-silicon mixed crystal with Wolfraikontakt by means of a layer structure made of different materials on a heat sink, at In a thermoelectric generator, the individual thermocouples must be both al the cold as well as the hot Koitaktstelle be held mechanically stable, and In order to achieve a good degree of efficiency in energy conversion, a small thermal resistance at the eontict or

Halterungsstellen angestrebt. Während dieses Problem an der heißen Kontaktstelle durch Anwendung einer Anpreßhalterung befriedigend gelöst ist, treten bei der Anwendung der bisherigen Technik an der kalten Kontaktstelle, also beim tibergang des Thermoelementes zum Kühlkörper, erhebliche Wärmewiderstände auf. Auch bei Anwendung von Lotschichten verschiedenen Materiales unter Einfügung eines Kompensators zum Ausgleich der unterschiedlichen Warmeausdehsungskoeffizienten lassen sich keine befriedigenden Lösungen bezüglich der mechanischen Stabilität und des Wärmewiderstandes an der Kontaktstelle erzielen.Bracket locations aimed. While this problem on the hot Contact point is solved satisfactorily by using a pressure bracket when using the previous technology at the cold contact point, i.e. when transition of the thermocouple to the heat sink, considerable thermal resistance. Even when using solder layers of different materials with the addition of a compensator to compensate for the different coefficients of thermal expansion, no satisfactory solutions in terms of mechanical stability and thermal resistance achieve at the point of contact.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die mechanischen und wärmetechnischen Eigenschaften zwischen einem Thermoelement aus einem Germanium-Silizium-Mischkristall und dem Kühlkörper zu verbessern.The invention is therefore based on the object of the mechanical and thermal properties between a thermocouple made of a germanium-silicon mixed crystal and to improve the heat sink.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Halterung von dem Wolframkontakt des Thermoelementschaikels bis zur Oberfläche des Kühl körpers einen Schichtenaufbau aus Gold, Keramik und Wolfram aufweist und daB diese Schichten untereinander sowie mit den Thermoelementschenkeln und dem Kühlkörper über ein Lot verbunden sind.This object is achieved according to the invention in that the holder from the tungsten contact of the thermocouple shell to the surface of the heat sink has a layer structure of gold, ceramic and tungsten and that these layers with each other as well as with the thermocouple legs and the heat sink via a solder are connected.

Als Lot wird vorteilhaft eine Gold-Nickel-Legierung verwendet, während sich als Keramik Aluminiumoyd besonders eignet. Zur Herstellung einer Lotverbinduig wird die Keramik an ihrer Oberfläche mit einer Nolybdän-Nangan-Legierung metallisiert.A gold-nickel alloy is advantageously used as the solder, while is particularly suitable as a ceramic aluminum oxide. For the production of a solder connection will the surface of the ceramic is metallized with a nolybdenum-nangan alloy.

Anhand der Figur soll das Wesen der Erfindung näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung sind in der Figur der Schichtenaufbau und die verwendeten Schichten vor dem Zusammenbau dargestellt.The essence of the invention is to be explained in more detail with the aid of the figure. For clarification, the layer structure and the layers used are shown in the figure shown before assembly.

An die Thermoelementschenkel 1 und 1' mit Wolfram kontakt des Germanium-Silizium-Thermoelementes grenzt zunächst eine Goldschicht 2 und 2' an, die als elektrische Anschlußfahnen ausgebildet ist. Auf die beiden Anschlußfalinen folgt dann eine für beide Thermoelementschenkel gemeinsame Keramikschicht 3, die über einen Kompensator aus Wolfram 4 mit der Oberfläche des Kühlkörpers 5 verbundea ist. Der Zusammenbau erfolgt über die a;iis einer Gold-Nickel-Legierung bestehenden Lotschicht 6. Für die Dicke der einzelnen Schichten haben sich folgende Werte als besonders günstig erwiesen: Kontaktfahnen Gold 0,2 mm Keram. Isolation Aluminiumoxyd 0,5 mm Kompens ator Wolfram 0,35 - 0,60 mm Lot 0,05 - 0,1 mm In einer besonderen Ausführwigsform der Erfindung wird ein Kühlkörper aus Yacon 12 verwendet, der vorteilhaft als Kühlblech bzw. Profilktihler mit einer Blechstärke von 0,25 bis 0s35 mm ausgebildet ist. Durch die Halterung gemäß der Erfindung wird bei Verwendung eines Profilkiihiers aus Vacon 12 die Temperaturdifferenz zwischen der Kontakt stelle des Thermoelementes und dem Kühlkörper auf Werte herabgesetzt, die weit unter 1Ö00 C liegen. Zum Beispiel wurde an Thermoelementen mit zylindrischen Schenkeln von O,9 cm Länge und 0,6 cm Radius bei einem Temperaturabfall von ca. 7500 an den Schenkeln ein Temperaturabfall über dem Schichtenaufbau der Halterung von etwa 200 C gemessen.To the thermocouple legs 1 and 1 'with tungsten contact of the germanium-silicon thermocouple initially adjoins a gold layer 2 and 2 ', which act as electrical connection lugs is trained. One for both thermocouple legs then follows the two connection traps common ceramic layer 3, which is connected to the surface via a compensator made of tungsten 4 of the heat sink 5 is verbundea. It is assembled using a gold-nickel alloy existing solder layer 6. For the thickness of the individual layers, the following have been found Values proved to be particularly favorable: Contact lugs gold 0.2 mm ceram. isolation Aluminum oxide 0.5 mm Compensator Tungsten 0.35 - 0.60 mm Lot 0.05 - 0.1 mm In one In a special embodiment of the invention, a heat sink made of Yacon 12 is used, which is advantageous as a cooling plate or profiled cooler with a sheet thickness of 0.25 up to 35 mm. The holder according to the invention is when used a profile ski made of Vacon 12, the temperature difference between the contact point of the thermocouple and the heat sink are reduced to values well below 1Ö00 C lie. To the The example was based on thermocouples with cylindrical Legs 0.9 cm long and 0.6 cm radius with a temperature drop of approx. 7500 on the legs a temperature drop over the layer structure of the bracket measured from about 200 C.

Die mechanische Stabilität der erfindungsgemäßen Halterung genügt den Prüfungsvorschriften für Baueinheiten in Raumflugkörpern, an die bekanntlich besonders hohe Anforderungen gestellt werden.The mechanical stability of the holder according to the invention is sufficient the test regulations for structural units in spacecraft, to which, as is well known particularly high demands are made.

Claims

Holder of a thermocouple made of germanium-silicon mixed crystal with tungsten contact with means of a layer structure made of different materials on a heat sink, characterized in that the holder is from the tungsten contact the thermocouple leg to the surface of the heat sink made of layers of Gold, ceramic and tungsten are made up, with each other and with the thermocouple legs and the heat sink are connected by solder.

2) Holder according to claim 1, characterized in that the solder consists of a gold-nickel alloy.

3) Holder according to claim 1 or 2, characterized in that the Ceramic consists of aluminum oxide and has a molybia-manganese metallization.

4) holder according to claims 1 to 3, characterized in that that the heat sink is made of Vacon 12.