[發(fā)明專利]層狀復(fù)合磁致冷工質(zhì)的制備方法

無效

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• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101831278A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔承云;張永康;崔熙貴;魯金忠;張朝陽;管海兵;錢曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14;B32B33/00
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁性材料領(lǐng)域，特指一種層狀復(fù)合磁致冷工質(zhì)的制備方法。

背景技術(shù)

磁致冷是一種新型的綠色致冷技術(shù)，與傳統(tǒng)蒸汽壓縮式致冷相比，具有高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)。磁致冷的關(guān)鍵是磁致冷材料，其性能通過磁熱效應(yīng)，即等溫磁熵變(ΔS_m)和絕熱溫變(ΔT_ad)來表征。

La(Fe_1-xSi_x)₁₃是一種很有潛力的室溫磁致冷材料，在近室溫的溫區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。該化合物具有NaZn₁₃型立方晶體結(jié)構(gòu)，空間群為Fm3c，呈鐵磁性，在居里溫度附近具有巨磁熱效應(yīng)。居里溫度T_c隨Si含量增加而單調(diào)增加，從x＝1.17時的約175K增加到x＝2.5時的約254K。居里溫度附近巨磁熱效應(yīng)的產(chǎn)生主要是因為在T_c附近發(fā)生的溫度誘導(dǎo)的一級磁性轉(zhuǎn)變，以及在T_c以上發(fā)生的低磁場誘導(dǎo)的巡游電子變磁轉(zhuǎn)變。

早在1999年，F(xiàn)ujita等人就指出低Si含量的La(Fe_1-xSi_x)₁₃化合物具有一定的磁熱效應(yīng)。2001年，Hu等人報道了具有大磁熱效應(yīng)的LaFe_11.2Co_0.7Si_1.1化合物，在5T的磁場下磁熵變約為20.3J/kgK。隨后，F(xiàn)ujieda等人研究發(fā)現(xiàn)LaFe_11.7Si_1.3化合物在2T磁場下的磁熵變可達(dá)28J/kgK。雖然La(Fe_1-xSi_x)₁₃具有較高的磁熱效應(yīng)與較低的成本，但1∶13相形成困難、居里溫度相對較低等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用，因此La(Fe_1-xSi_x)₁₃得到了廣泛的研究。通過熔鑄工藝制備的La(Fe_1-xSi_x)₁₃鑄錠中主要存在α-Fe與LaFeSi相，需經(jīng)過長時間的回火才能形成1∶13相，這大大降低了生成效率。為了抑制α-Fe先析出相，人們用快淬工藝取代熔鑄工藝，研究發(fā)現(xiàn)，短時間的回火處理足以形成單相的1∶13化合物，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且增強(qiáng)了磁熱效應(yīng)。

為使La(Fe_1-xSi_x)₁₃磁致冷材料應(yīng)用于室溫，人們著重研究了成分對材料的T_c與磁熱效應(yīng)的影響。Anh等人研究表明，Nd部分取代La后，T_c增大，磁熱效應(yīng)減小。然而，Shen等人研究發(fā)現(xiàn)，Nd、Pr、Ce部分取代La后，T_c減小，ΔS_m顯著增大。Fujieda等人也指出Ce取代La使T_c減小，ΔS_m增大。此外，研究表明，過渡金屬元素Co部分取代Fe元素后，T_c逐漸增大，ΔS_m逐漸減小，而且磁滯與熱滯損失相應(yīng)減小。但是，Mn部分取代Fe后，T_c與ΔS_m都呈現(xiàn)下降的趨勢。除金屬元素外，非金屬元素H、C、N或B對La(Fe_1-xSi_x)₁₃的T_c與磁熱效應(yīng)同樣有重要的影響。Chen等人與Fujita等人都發(fā)現(xiàn)引入少量H后，La(Fe_1-xSi_x)₁₃的T_c顯著提高，而且保持較高的磁熱性能；但是，氫化物的穩(wěn)定性較差，不適合高溫(＞423K)下的應(yīng)用。同樣C與N的引入也可以有效提高材料的T_c。近期，Pathak等人研究發(fā)現(xiàn)，B的添加使T_c逐漸增大，而ΔS_m對B含量的依賴性較小。成分的調(diào)整雖然可以提高磁致冷材料的T_c，且保持較高的ΔS_m，但是都存在可應(yīng)用溫度區(qū)域窄的問題，這嚴(yán)重限制了磁致冷技術(shù)的實用化。