Herstellung, Modifizierung und Charakterisierung von borcarbidbasierten Keramiken als Thermoelektrikum

In der vorliegenden Arbeit wurden Borcarbid-Keramiken bezüglich ihrer thermoelektrischen Eigenschaften untersucht. Im Vordergrund steht die Untersuchung des Einflusses der Zusammensetzung, einer zweiten Phase sowie der Nanostruktur des Werkstoffs auf die thermoelektrischen Eigenschaften. Mit Hilfe des Laserfügens wurden thermoelektrische Module auf Borcarbidbasis aufgebaut und die Leistung zur Energiegewinnung wurde bei unterschiedlichen Temperaturdifferenzen charakterisiert.

Die Energiegewinnung mittels eines thermoelektrischen Generators ist eine aussichtsreiche Technologie zur direkten Nutzung von Abwärme als elektrische Energie. Der Wirkungsgrad des TEGs hängt primär von den Eigenschaften der eingesetzten Materialien und der verfügbaren Temperaturdifferenz zwischen der heißen und kalten Seite ab. Eine hohe thermische Stabilität, gute Verfügbarkeit, geringe Kosten sowie Umweltverträglichkeit lassen keramische Thermoelektrika zu einer attraktiven Alternative zu den herkömmlichen thermoelektrischen Materialien werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden borcarbidbasierte Keramiken mit Hilfe von Spark-Plasma-Sintern (SPS) und Heißpressen hergestellt und der Einfluss der Bor-Addition, fremden Phasen und der Nanostrukturierung auf die Phasenzusammensetzung, Mikrostruktur sowie die thermoelektrischen Eigenschaften des Werkstoffs untersucht. Des Weiteren wurden Syntheseverfahren zur Herstellung von nanoskaligen borreichen Borcarbid-Pulvern entwickelt. Für den Einsatz als Thermoelektrikum wurden thermoelektrische Module aus Borcarbid mit Hilfe des Laserfügens zum ersten Mal aufgebaut und die Funktionsfähigkeit bei unterschiedlichen Temperaturdifferenzen nachgewiesen.