热电器件中,界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素.对于方钴矿(SKD)器件,热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接.在高温下,DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构,导致界面附近的热、电、力学性能发生变化.本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型,并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态.采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选,发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响.采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布,结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中,CoSb2反应层最为薄弱,随着老化时间的延长,反应层的厚度增加,界面应力变大.同时,元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好,验证了模型的准确性与可行性.本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导,同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路.
热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度