[發明專利]兼具大非晶形成能力與高磁熱效應的Gd基塊體非晶合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210153896.8
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102691020A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 沈寶龍;袁芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊

技術領域

本發明屬于功能材料中的磁致冷合金技術領域，具體涉及一種兼具大非晶形成能力與高磁熱效應的Gd基塊體非晶合金及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著人們節能環保意識的不斷增強，傳統的氟利昂壓縮制冷面臨困境。磁制冷技術由于具有高效節能、綠色環保的優點受到世界眾多研究人員的廣泛關注，其工作原理是利用材料的磁熱效應實現制冷。

磁熱效應是很多磁性材料的固有性質，它是磁熵和晶格熵之間發生磁熱耦合的結果。當磁場作用到工質上時，磁矩沿外磁場方向擇優取向，因此工質的有序度增加、磁熵減少并向外界排熱。然而，等溫條件下隨著磁場強度的減少，工質的磁矩又趨于無序，因此熵增加并從外界吸熱。

在過去的幾十年中，在全世界范圍的磁致冷技術領域，磁致冷材料取得了可喜的進展，其中很多磁致冷材料正逐步在磁制冷方面扮演著重要角色。一些典型晶態磁致冷材料，如Gd₅(Si_1-xGe_x)₄,MnFe(P_1-xAs_x),La（Fe_13-xSi_x）等都具有巨磁熱效應，表現出很大的磁熵變值。但是，由于其磁熱效應來源于一級相變，因此其磁熱效應一般均伴隨有很大的磁滯和熱滯，這會降低能量的利用效率。

相比較而言，大多數的非晶磁致冷材料雖然并不具有巨磁熱效應，但是因為其磁熱效應是由二級相變引起的，因此磁滯和熱滯基本上都為零。除此之外，非晶磁致冷材料還具有高電阻率、小渦流、可調的相轉變溫度、良好的機械性能和抗腐蝕性能，很好地滿足了磁致冷工質的選擇標準（例如，近乎零磁滯，小的熱滯，小的比熱和大的熱導，大的電阻，高的化學穩定性和簡單的樣品合成途徑等）。這些獨特的特點使非晶磁致冷材料在磁熱效應的研究中具有很大的優勢。

近年來，具有大非晶形成能力和可觀磁熱效應的稀土基塊體非晶合金在基礎研究和工程應用方面均引起了人們越來越多的關注。這類材料具有較低的玻璃轉化溫度并且在過冷液相區具備超塑性，該性質使得稀土基塊體非晶合金在磁熱效應研究中具有獨特的優勢，一系列的稀土基塊體非晶合金也被相繼被開發出來，例如J.Du等人在Large?magnetocaloric?effect?and?enhanced?magnetic?refrigerationin?ternary?Gd-based?bulk?metallic?glasses,Journal?of?Applied?Physics,vol.103,2008中報道的直徑為2mm的Gd₅₅Ni₂₅Al₂₀和Gd₅₅Co₂₀Al₂₅塊體非晶；L.Liang等人在Large?magnetocaloric?effect?in?Gd₃₆Y₂₀Al₂₄Co₂₀?bulk?metallic?glass,Journal?ofAlloys?and?Compounds,vol.457,pp.541-544,2008.中報道的直徑為2mm的Gd₃₆Y₂₀Al₂₄Co₂₀塊體非晶。研究表明，這些稀土基塊體非晶磁致冷合金的磁熵值并不低于一些典型的晶體磁致冷材料，與此同時，非晶長程無序、短程有序的結構特點使得這一類材料具有遠寬于晶態磁致冷材料的制冷溫區，這決定了它們具有很高的制冷效率。

但是，上述稀土基塊體非晶磁致冷合金的非晶形成能力一般都不夠理想，很大地限制了其應用。因此，制備出兼具有大非晶形成能力與高磁熱效應的稀土基塊體非晶合金是目前科技工作者的攻關重要課題之一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述技術現狀，提供一種兼具大非晶形成能力與高磁熱效應的Gd基塊體非晶合金。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種兼具大非晶形成能力與高磁熱效應的Gd基塊體非晶合金，其分子式為Gd_aNi_bAl_cM_d，其中M為B、Si、C、P中的一種或多種，a、b、c、d分別為對應元素的原子含量，并且滿足50≤a≤60，10≤b≤40，10≤c≤40，0≤d≤10，a+b+c+d=100。

作為優選，15≤b≤30。

作為優選，15≤c≤30。