Note publique d'information : Ce travail fait partie d'un projet global de réalisation d'une pile thermoélectrique
de hautes performances en technologie céramique, avec la mise au point d'un matériau
semi-conducteur qui sera déposé sur un substrat diélectrique et isolant thermique
élaboré par coulage en bande. C'est la réalisation de ce substrat qui en fait l'objet.
Des considérations thermiques indiquent qu'une faible conductivité thermique est obtenue
pour des matériaux de microstructure poreuse et dépourvus de phases cristallines.
Deux matériaux ont été choisis comme support de l'étude : une argile constituée de
minéraux en feuillets qui, par deshydroxylation autour de 600°C acquièrent une structure
désordonnée et la diatomite, matériau constitué de silice amorphe dont les grains
sont de nature poreuse. Fritté à 800°C, l'argile présente une conductivité thermique
croissante de 0,21 W/m.K à température ambiante à 0,26W/m.K à 550°C. Des composites
argile-silice pyrogénique et argile-zircon ont été élaborés dans le but de diminuer
ces valeurs. Il ressort de cette étude que le zircon s'avère plus efficace, la conductivité
thermique d'environ 0,19 W/m.K restant constante avec la température. La diatomite
présente plusieurs avantages. Outre son fort pouvoir d'isolation (λ allant de 0,08
W/m.K à 20°C à 0,16 W/m.K à 550°C), elle permet d'obtenir dans certaines conditions
d'élaboration, une fine couche dense à la surface de la bande, nécessaire pour éviter
la pénétration du semi-conducteur à travers les pores ouverts au sein du substrat
et faciliter le dépôt
Note publique d'information : The design and fabrication of a high performance thermoelectric generator based on
ceramic technology is envisaged. The system consists of n and p-type semi-conducting
layers deposited on a thermally insulating dielectric substrate. The present work
is devoted to the choice and preparation of the material for the substrate. The desired
characteristics for a low thermal conductivity are an amorphous solid with a porous
microstructure. Two raw materials were selected as candidates. The first is a clay,
made of layered minerals for which dehydroxylation at 600°C leads to a disordered
structure and the second is diatomite, a material constituted of amorphous silica
with and inherent natural porosity inside plate like grains. Sintering the clay at
800°C yields a material with thermal conductivity of 0.21 W/m.K at room temperature
increasing to 0.26 W/m.K at 600°C. In an attempt to decrease the thermal conductivity,
the clay was mixed with fine amorphous silica or zircon. The zircon based mixture
was the most effective giving a thermal conductivity of 0.19 W/m.K which remains constant
with temperature. In addition to a low thermal conductivity, diatomite presents another
interesting advantage. First, tape casting was used to obtain porous layers yielding
a thermal conductivity as low as 0.08W/m.K at room temperature. Then it was found
that under certain preparation conditions, the tape cast diatomite formed with a thin
dense layer at the surface. This facilitates deposition of the active semi-conductor
layer by avoiding loss from penetration through the open porosity of the substrate
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