[發明專利]一種Gd基室溫磁制冷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110185713.6
• 申請日: 2011-07-05
• 公開（公告）號: CN102242301A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 鐘喜春;唐鵬飛;曾德長;劉仲武;邱萬奇;余紅雅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00;C22C1/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明涉及一種磁性材料，特別涉及一種Gd(釓)基室溫磁制冷材料及其制備方法。

背景技術

制冷技術在當今世界中起著十分重要的作用。傳統壓縮制冷氟里昂(Freon)制冷工質對生態環境尤其是對大氣臭氧層造成的破壞日趨嚴重，威脅到人類自身的生存與安全，加之氣體壓縮制冷效率低、能耗大，使傳統壓縮制冷技術面臨困境。與傳統氣體壓縮制冷技術相比，磁制冷技術以固體磁性材料為工質，借助磁性材料的磁卡效應實現制冷，不使用氟利昂和壓縮機，具有體積小、可靠性高、高效節能和無環境污染等一系列優點，被認為是最有前途的綠色制冷技術。

1976年，美國的Brown首先采用金屬Gd作為磁制冷工質材料，在7T的超導強磁場下實現了室溫磁制冷，制冷溫差達38K，開創了室溫磁制冷的新紀元。在這項技術中，開發、挖掘具有大的磁熱效應的材料尤為關鍵，目前已經開發出了很多室溫磁制冷材料，它們可以分為兩大類：一類是金屬間化合物，如Gd-Si-Ge，La-Fe-Si，Mn-Fe-P-As系化合物。這些材料具有的共同點就是在室溫附近磁熵變大，具有作為室溫磁制冷材料的基本特點。但作為實用的磁制冷材料，以上材料都有自身的缺點。如這些材料大多較脆，機械加工性能極差；一類是純金屬Gd(居里溫度為293K，正好處于室溫)，在1.5T磁場下最大絕熱溫變ΔT_ad為4.2K，在2T磁場下的最大磁熵變ΔS_M為5.0J·kg^-1·K^-1，成為目前公認的最好室溫磁制冷工質。在室溫磁制冷樣機中，Gd是做為結構件需要承受一定的外力，從加工成形方面考慮需具有良好的機械加工性能，從實際應用角度考慮同時還必須具有良好的耐蝕性，而Gd本身機械強度較低，化學性質較活潑易腐蝕，因此，從實際應用的角度出發，進一步提高Gd的機械強度和耐蝕性變得很重要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種成本較純Gd低廉、化學性質更加穩定且環保、具有較大磁熱效應的Gd基室溫磁制冷材料。

本發明的另一個目的在于提供上述Gd基室溫磁制冷材料的制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種Gd基室溫磁制冷材料，其化學通式為：Gd_100-xZr_x，0＜x≤2。

優選地，所述x為0.5、1.0、1.5或2.0。

所述的Gd基室溫磁制冷材料的制備方法，包括下述步驟：

(1)將稀土金屬Gd和金屬Zr按如下質量百分比稱重混合：

稀土金屬Gd??98.83％～99.99％

金屬Zr??????0.01％～1.17％；

(2)將上述混合原料進行反復熔煉，得到成分均勻的合金鑄錠；

(3)將上述合金鑄錠在1173～1273K下真空退火2～72小時，之后快速淬入水中制得Gd基室溫磁制冷材料Gd_100-xZr_x。

優選地，步驟(1)所述稀土金屬Gd和過渡金屬Zr的質量百分比分別為化學式Gd_100-xZr_x中Gd元素和Zr元素的質量百分比。

優選地，步驟(2)所述熔煉的條件為于真空電弧爐或感應加熱爐中，抽真空至10^-3Pa，用高純氬清洗爐膛后，充入低于1個大氣壓(約0.1MPa)的高純氬氣并在其保護下進行。

優選地，步驟(3)所述合金鑄錠的溫度為1273K，退火時間為72小時。

本發明與現有技術相比具有如下優點和效果：

(1)本發明所采用的主要原料為價格相對低廉的商業用稀土金屬Gd，以及價格較商業用稀土金屬Gd低廉得多的稀有金屬Zr。