[0001] 本发明属于热电堆领域，特别涉及一种热电堆制作工艺。

[0002] 量热法可用于各种产热样品的热功率测量，是一种准确度较高的NDA分析方法，广泛 应用于化学能、生物能以及放射性衰变能等的测量。热电堆是量热法测量媒介——热电堆式 量热计的核心部件，其利用汤姆逊效应产生温差电势，将样品的发热功率有效转化为可测量 热电势信号，能够方便的实现微量甚至痕量热功率的精确测量。热电堆的性能直接关系着量 热计测量限值及精度，而不同工艺制得的热电堆性能差异显著。

[0003] 热电堆是由多个热电结组成的测温装置，每个热电结由两种不同材料的热电极组成。虽 然任意两种导体(或半导体)都可以制成热电结，但作为实用的测温元件，热电结选材要综 合考虑热电势率、稳定性、电导率、电阻温度系数、比热、工艺、互换性及价格等诸多因素。 热电结多采用以下几种焊接方法制作：电弧焊接、氢弧焊接、气焊、碳粉焊接、盐水焊接、 锡膜焊接等，所有焊接方法均存在着一定的缺陷和局限性，其中：电弧焊接在焊接点及附近 电极上易渗碳沾污；氢弧焊接所需设备费用昂贵，不适于普通实验室使用；气焊操作难以掌 握，易引起热电偶接点脆断；盐水焊接对电极材料具有选择性，不能采用会在氯化钠溶液中 被电解的金属。热电堆成型涉及热电结的批量制作，工艺难易繁简对制作周期影响极大。目 前普遍采用的逐点制作工艺，涉及到制作点数较多的热电结对时，将耗费大量人力及工期， 且单点参数一致性难以保障，成品率也会受到影响。

[0033] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中， 相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

[0034] 在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全 面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其 他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

[0035] 虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明的实施方式 进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附 图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

[0036] 本发明的热电堆制作工艺包括以下步骤：

[0037] (一)母板制作

[0038] 所述母板7由基体线材1和支撑板2构成，所述支撑板2的边缘开有绕线槽3；将所述 基体线材1沿所述绕线槽3绕制在所述支撑板2上制成母板7；绕制过程中，采用隔离物将 所述基体线材1需镀覆部分与所述支撑板2隔开，以实现基体线材1需镀覆部分的完全镀覆， 绕制完成后，撤除所述隔离物；

[0039] (二)电镀

[0040] 将所述母板7置入盛有镀液的电镀槽中，调整所述母板7位置使所述基体线材1需镀覆 部分浸入所述镀液；电镀后，所述基体线材1上形成热电结，制得热电堆单元；

[0041] (三)热电堆组装

[0042] 将若干所述热电堆单元按照顺序联结，且相邻热电堆单元之间均采取绝缘措施，组装成 热电堆。

[0043] 根据一个示例，所述支撑板2上还开有镀液隔离槽4，所述镀液隔离槽4为在所述支撑 板2上对应于热电结位置开设的槽体，用于防止电镀时镀液借表面张力作用产生的不可控上 移，避免热电结界面受到破坏；电镀过程中保持镀液液面始终位于所述镀液隔离槽4内，且 镀液不与所述镀液隔离槽4的上缘相接触。

[0044] 根据一个示例，所述支撑板2上可以设置基体线材引出线固定孔5。

[0045] 根据一个示例，所述支撑板2可以为条形板材或环形板材。

[0046] 根据一个示例，从所述基体线材1上等间隔引出电镀并联引线，每条电镀并联引线均与 所述电镀所用电源负极相连接，用以形成电镀并联回路，弱化电镀过程电子迁移路径上的各 向异性，提高镀层均匀性。

[0047] 根据一个示例，所述电镀采用的导线选择与基体线材1同质材料。

[0048] 根据一个示例，所述母板7在电镀前可以进行预处理，以保障所形成镀层质量。

[0049] 进一步地，所述预处理可以采用如下方式：(1)采用氢氧化钠水溶液进行碱洗，去除表面 油污；(2)采用稀盐酸进行酸洗，去除表面可能存在的氧化层；(3)采用去离子水浸洗，去除残 留洗液；(4)进行室温真空干燥，避免表面二次污染。

[0050] 根据一个示例，所述母板7在电镀后可以进行后处理，以保证清洁。

[0051] 进一步地，所述后处理可以采用如下方式：以超纯水浸洗母板7去除镀液，再以超纯水 浸泡后室温真空干燥。

[0052] 根据一个示例，所述母板7在后处理之后如不能及时进行后续组装、浇筑操作，则可以 进行适当的隔离暂存，避免腐蚀。

[0053] 进一步地，所述隔离暂存可以采用表面绝缘处理、真空保存等方式。

[0054] 根据一个示例，所述电镀为在所述基体线材1相应部分电镀铜。

[0055] 根据一个示例，所述热电堆还包括支撑骨架6，用以支撑各热电堆单元。

[0056] 根据一个示例，所述支撑骨架6与所述支撑板2材料相同。

[0057] 根据一个示例，当所述支撑板2为条形板材，组装时，将各热电堆单元竖立排列成圆筒 状，组装成热电堆。

[0058] 进一步地，组装前，对所述热电堆单元热电结两面施以温差，确认温差电势方向。

[0059] 根据一个示例，当所述支撑板2为环形板材，组装时，将各热电堆单元按照镀覆侧同向 的顺序进行堆叠，组装成圆筒状热电堆。

[0060] 根据一个示例，在步骤(三)之后，采用绝缘材料对组装好的热电堆进行浇筑定型，具 体可以为：将组装好的热电堆置于模具内，向模具内注入绝缘材料，待填充的绝缘材料固化 后完成浇筑定型。另外，所述浇筑定型可以在真空条件下进行，以消除绝缘材料中的气泡。

[0061] 实施例1

[0062] 采用条形板材作为支撑板，参见附图1-4，本发明的热电堆制作工艺包括以下步骤：

[0063] (一)母板制作

[0064] 所述母板7由基体线材1和支撑板2构成，所述基体线材1采用直径0.2mm的康铜丝， 所述支撑板2采用尺寸为400.0mm×12.0mm×6.0mm的环氧条形板，所述支撑板2的边缘开 设绕线槽3(深约0.1mm)和镀液隔离槽4(深约1.0mm，宽约1.2mm)；将所述基体线材1 沿所述绕线槽3绕制在所述支撑板2上，所述基体线材1两端分别由设置的基体线材引出线 固定孔5引出，制成母板7；绕制过程中，采用金属丝作为隔离物将所述基体线材1需镀覆 部分与所述支撑板2隔开，绕制完成后，撤除所述金属丝。

[0065] (二)电镀成型

[0066] 电镀前，对母板7进行预处理，方式如下：所述预处理可以采用如下方式：(1)采用质量 百分含量为0.25％的氢氧化钠水溶液碱洗24h；(2)采用摩尔浓度为0.06mol/L的稀盐酸酸洗 20min；(3)采用去离子水浸洗3次(5min,5min,30min)；(4)室温真空干燥6h。

[0067] 从所述基体线材1上等间隔引出电镀并联引线，每条电镀并联引线均与所述电镀所用电 源负极相连接；将所述母板7置入盛有镀液(CuSO4·5H2O：250g/L；H2SO4：60g/L)的电镀 槽中，调整所述母板7位置使所述基体线材1需镀覆部分浸入所述镀液；电镀；电镀过程中 保持镀液液面始终位于所述镀液隔离槽4内，且镀液不与所述镀液隔离槽4的上缘相接触； 电镀后，所述基体线材1上形成热电结，制得热电堆单元；其中，电镀采用的导线选择与基 体线材1同质材料；电镀电流参数为50mA，电镀时间20min。

[0068] 电镀后，对母板7进行后处理，方式如下：以超纯水浸洗母板7两次(每次5min)，再 以超纯水浸泡后室温真空干燥；采用绝缘材料对镀层表面进行包覆以避免氧化。

[0069] (三)热电堆组装

[0070] 将若干所述热电堆单元竖立排列成圆筒状，按照顺序联结，并以环氧材料支撑骨架进行 支撑，且相邻热电堆单元之间均采用绝缘片绝缘，组装成热电堆；组装前，对所述热电堆单 元热电结两面施以温差，确认温差电势方向。

[0071] (四)于真空环境下，将组装好的热电堆置于模具内，向模具内注入绝缘材料，待填充 的绝缘材料固化后完成浇筑定型。

[0072] 实施例1制作的热电堆性能参数为：整体热电势率约6.85mV/W；8次热电势重复测量 数据组间相对标准偏差0.61％，表明该方法所制备热电堆具有足够的灵敏度系数及测量稳定 性。与此同时，热电堆制作过程操作较为简单，能够显著节省人力，制作效率相对于其它制 作工艺获得了显著提升。

[0073] 实施例2

[0074] 采用环形板材作为支撑板，参见附图6，本发明的热电堆制作工艺包括以下步骤：

[0075] (一)母板制作

[0076] 所述母板7由基体线材1和支撑板2构成，所述基体线材1采用直径0.2mm的康铜丝， 所述支撑板2采用外径256mm、内径232mm、厚度6mm的环氧环形板，所述支撑板2的边 缘开设绕线槽3(深约0.1mm)和镀液隔离槽4(深约1.0mm，宽约2.0mm)；将所述基体 线材1沿所述绕线槽3绕制在所述支撑板2上，所述基体线材1两端分别由设置的基体线材 引出线固定孔5引出，制成母板7；绕制过程中，采用金属丝作为隔离物将所述基体线材1 需镀覆部分与所述支撑板2隔开，绕制完成后，撤除所述金属丝。

[0077] (二)电镀成型

[0078] 电镀前，对母板7进行预处理，方式如下：所述预处理可以采用如下方式：(1)采用质量 百分含量为0.25％的氢氧化钠水溶液碱洗24h；(2)采用摩尔浓度为0.06mol/L的稀盐酸酸洗 20min；(3)采用去离子水浸洗3次(5min,5min,30min)；(4)室温真空干燥6h。

[0079] 从所述基体线材1上等间隔引出电镀并联引线，每条电镀并联引线均与所述电镀所用电 源负极相连接；将所述母板7置入盛有镀液(CuSO4·5H2O：250g/L；H2SO4：60g/L)的电镀 槽中，调整所述母板7位置使所述基体线材1需镀覆部分浸入所述镀液；电镀；电镀过程中 保持镀液液面始终位于所述镀液隔离槽4内，且镀液不与所述镀液隔离槽4的上缘相接触； 电镀后，所述基体线材1上形成热电结，制得热电堆单元；其中，电镀采用的导线选择与基 体线材1同质材料；电镀电流参数为50mA，电镀时间20min。

[0080] 电镀后，对母板7进行后处理，方式如下：以超纯水浸洗母板7两次(每次5min)，再 以超纯水浸泡后室温真空干燥；采用绝缘材料对镀层表面进行包覆以避免氧化。

[0081] (三)热电堆组装

[0082] 将若干所述热电堆单元按照镀覆侧同向的顺序进行堆叠，按照顺序联结，并以环氧材料 支撑骨架进行支撑，且相邻热电堆单元之间设置一定间隔以确保绝缘，组装成圆筒状热电堆。

[0083] 实施例2制作的热电堆性能参数为：整体热电势率约6.68mV/W；6次热电势重复测量 数据组间相对标准偏差0.45％，表明该方法所制备热电堆具有足够的灵敏度系数及测量稳定 性。与此同时，热电堆制作过程操作较为简单，能够显著节省人力，制作效率相对于其它制 作工艺获得了显著提升。

[0084] 虽然根据本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，然而，本领域普通技术人员应 理解，在不背离本发明的总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出改变，本 发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。