NbCoSn 비정질 분말 전구체를 활용하여 고밀도 /고경도 half-Heusler 계 열전 디스크 제조 = Fabrication of High-Density/High-Hardness half-Heusler Thermoelectric Discs using NbCoSn Amorphous Powder Precursors

국문 초록 (Abstract)

NbCoSn 기반의 하프호이슬러 합금은 높은 power factor를 가지고 있으며 열적 , 화학적으로 안정적이어서 유망한 n형 고온 열 전기 (TE) 소재로 간주된다 . 그러나 주조 합금 잉곳을 분쇄하여 결정질 전구체를 소결하는 일반적인 제조 방법은 주조과정에서 발 생하는 편석으로 인해 열전 특성을 저해하는 2차 상이 없는 균질한 하프호이슬러 상을 얻는 데 한계가 있다 . 본 연구에서는 비정 질 전구체를 사용하여 긴 균질화 열처리 과정 없이 밀도가 높고 , 균질한 NbCoSn 하프호이슬러 상으로 구성된 소결체를 제조하였 다. 결정질 전구체로부터 준비된 샘플과 비교했을 때, 비정질 전구체 디스크는 현저히 향상된 특성을 나타냈다 : 973 K에서 최대 ZT 약 0.35, 경도 약 1085 Hv, 그리고 나노 구조의 결정립 미세구조를 보였다 . 이러한 개선된 특성들은 소결시 비정질 분말의 결정화로 2차상 형성이 억제되고 결정립 미세화가 촉진된 데에서 기인한다 . 본 연구결과는 비정질 전구체를 사용하는 것이 열전 성능과 기계적 성능을 동시에 향상시키면서 가공 시간과 비용을 줄이는 효과적인 전략임을 보여준다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

NbCoSn-based half-Heusler alloys are promising n-type thermoelectric materials owing to their high power factor and thermal stability. However, conventional processing routes using crystalline precursors from as-cast ingots are associated with elemental segregation and secondary phases, which degrade the thermoelectric performance. In this work, amorphous NbCoSn powders were used as precursors and were consolidated via spark plasma sintering, resulting in dense and homogeneous half-Heusler discs. Compared to samples prepared from crystalline precursors, the amorphous-precursor discs exhibited significantly enhanced properties: a maximum ZT value of approximately 0.35 at 973 K, hardness close to 1085 Hv, and a nanostructured grain microstructure. These improvements are attributed to the suppression of secondary phases and grain refinement induced by the crystallization of the amorphous powders during sintering. The results demonstrate that using amorphous precursors is an effective strategy to enhance the thermoelectric and mechanical performance outcomes simultaneously while reducing both the processing time and cost.