[發明專利]Ln(Fe,M)13系磁制冷材料的制備方法及裝置

有效

• 申請號: 201210371325.1
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102828107A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 葉榮昌;吳云飛;龍毅
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/00
• 分類號: C22C38/00;C21D6/00;H01F1/053;F25B21/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及磁制冷材料制備技術領域，特別是Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料的制備方法及裝置。?

背景技術

磁制冷技術借助于磁性材料的磁卡效應實現制冷，具有高效節能、綠色環保以及穩定可靠等優點，是一種綠色制冷技術，具有十分廣闊的應用前景。?

在現有磁制冷材料中，具有NaZn₁₃型相結構的Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料（簡稱1:13相），以其優異的磁熱性能，加之原材料價格低廉，無毒無害，而被公認為目前最具實用價值的磁制冷材料（CN101748326A）。?

????然而，由于成相機制所限，在常規制備工藝條件下1:13相很難從鑄態直接形成，往往需要將合金鑄錠在高溫下進行長時間真空熱處理（CN1450190A）。即使如此，也很難保證1:13相的成分均一性，從而導致材料整體磁性能的不均。另外，長時間熱處理還會造成晶粒異常長大，導致材料脆性增加，難以加工成型，通常只能以顆粒狀形態使用，材料利用率低，而且材料在使用過程中易于粉化，這對于實際應用十分不利。?

????采用熔體快淬方法+短時間高溫退火雖然可以使獲得1:13相的熱處理時間顯著縮短（CN100567543C），但由于存在所制備材料呈薄帶狀、易粉化等缺點，難以滿足應用需求。?

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種可實現快速冷卻，大大簡化制備工序，且較好地解決Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料成相后由于材質變脆而難于進行機械加工問題的Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料的制備方法及裝置。?

本發明的技術方案是：一種制備Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料的方法，具體包括以下工藝：將厚度在0.5~2mm之間片狀Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料，采用脈沖加熱方式，抽真空，當真空度達到2.0×10^-3Pa，充入氬氣保護，在頻率為60Hz-500kHz，功率為10kW-100kW，通電時間T₁=2-20s,??斷電時間T₂=1-8s，加熱10-60分鐘，通氬氣冷卻，獲得具有1:13相的片狀Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料。?

本發明的另一目的是提供上述制備Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料的裝置，該裝置包括感應加熱裝置、樣品室、真空機組和氬氣瓶；?

其中，所述樣品室置于感應加熱裝置中，所述樣品室的一端與通過真空閥與所述真空機組相連，另一端通過氬氣充氣閥與所述氬氣瓶相連，所述樣品室上還設有用于監測樣品室內氣體壓力的壓力表和用于釋放壓力的安全閥。

本發明的原理是：利用渦流產生的熱量加熱鑄態Ln(FeM)₁₃系磁制冷材料，通過控制熱量輸入，使材料溫度保持在1:13相成相溫度區間內，達到規定時間后，停止加熱，通Ar氣冷卻，從而獲得1:13相結構。?

該方法的重要特征在于，在感應加熱前，可根據制冷機實際應用的要求，將鑄態合金加工成規定尺寸、形狀的薄片狀樣品，由于樣品厚度控制在集膚效應的透入深度范圍之內，樣品可實現透熱式加熱，有助于保證成相的均勻性。在加熱過程結束后，由于樣品為薄片狀，通入氬氣即可快速冷卻。另外，為保證樣品室的安全性，設置安全閥6，當樣品室內氣壓超過設定值時，即自動釋放壓力。這一設置特別有利于加熱過程結束后的冷卻環節，有利于保證樣品室內氣體的流動性，從而強化冷卻。?

本專利可滿足各類Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料的制備需求，其中，Ln可以為La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb等中的一種或幾種，M可以為Al、Co、Si、Mn、Ni等的的一種或幾種。此外，也可以滿足摻雜C、B的各類Ln(Fe,M)₁₃系磁制冷材料的制備需求。?

本發明的有益效果：?

（1）??采用電磁感應原理直接加熱，屬于自熱式加熱，樣品受熱均勻，加熱溫度及加熱時間精確可控，具有升溫速度快，能量轉換效率高，節約能源的顯著特點；

（2）??在1:13相臨界溫區成相，速度快，時間短，樣品純度高，另外，晶粒尺寸小，所獲得樣品具有較高機械性能，不易破碎；