[發(fā)明專利]一種具有巨磁熱效應(yīng)的磁制冷材料及其制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210437781.1
• 申請(qǐng)日: 2012-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN102965562A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉丹敏;張孟;岳明;王少博;張虎;張久興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C30/06
• 分類號(hào): C22C30/06;C22C1/05
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁制冷材料及其制備工藝。

背景技術(shù)

磁制冷是利用磁性材料的磁熱效應(yīng)(MCE)來(lái)制冷的一項(xiàng)技術(shù)，由于其高效、節(jié)能，不產(chǎn)生溫室效應(yīng)而成為未來(lái)最有希望替代傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷的技術(shù)。

近年來(lái)，許多具有室溫磁熱效應(yīng)的材料得到了較快的發(fā)展和研究。錳鐵磷鍺MnFePGe系化合物由于其不僅存在巨磁熱效應(yīng)，而且具有豐富的原材料、低的生產(chǎn)成本和無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)而成為最有希望得到實(shí)際應(yīng)用的新型磁制冷材料。MnFePGe系化合物在居里溫度（Tc）附近發(fā)生一級(jí)相變，產(chǎn)生巨磁熱效應(yīng)，材料存在較大的磁熵變。

磁制冷材料的應(yīng)用需要材料具有較大的磁熵變，較小的磁熱滯后，如果材料的磁熵變較小，會(huì)導(dǎo)致材料的制冷能力較差，滯后較大則會(huì)大大降低材料的制冷效率。因此，制備出具有較大磁熵變和較小滯后的磁制冷材料非常關(guān)鍵。

本發(fā)明通過(guò)在MnFePGe系化合物添加Zn元素，改善了材料的磁熱效應(yīng)，其磁熵變?cè)龃螅瑴鬁p小，可應(yīng)用于磁制冷技術(shù)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工作溫度在室溫附近，居里溫度連續(xù)可調(diào)；在永磁體可以提供的磁場(chǎng)范圍內(nèi)有大的磁熵變，可以廣泛應(yīng)用于磁制冷技術(shù)的磁制冷材料及其制備工藝。

本發(fā)明所涉及的磁制冷材料的化學(xué)通式為：?Mn_(2-x)Fe_(x)P_(1-y)Ge_(y-z)Zn_(z)，x的范圍為：0.8~0.9。y的范圍為:0.2~0.27。z的范圍為：0.001～0.02。

本發(fā)明所提供了上述磁制冷材料的制備方法,采用機(jī)械合金化和其后的放電等離子燒結(jié)技術(shù)。其特征在于，它依次包括以下步驟：

（1）所用原材料為商業(yè)錳、鐵、磷粉末、鍺碎片和鋅粉，純度為99.9～99.9999wt%，采用機(jī)械合金化的方法將原材料連續(xù)球磨0.5～4小時(shí)，使材料初步成相，如圖1所示為0.5小時(shí)球磨，已基本成相。

（2）將球磨粉末裝入石墨模具，然后采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)（SPS）進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為880～950℃，燒結(jié)壓力為10～40MPa，升溫速度為60～120℃/min，保溫5～30min，燒結(jié)真空度高于6Pa，燒結(jié)完成后隨爐冷卻至室溫。

實(shí)驗(yàn)證明，用該方法可以重復(fù)制備Mn_(2-x)Fe_(x)P_(1-y)Ge_(y-z)Zn_(z)磁制冷材料，可應(yīng)用于磁制冷技術(shù)中。

附圖說(shuō)明：

圖1.?球磨Mn_1.2Fe_0.8P_0.73Ge_0.27粉末的X射線衍射圖譜。

圖2a.?Mn_1.1Fe_0.9P_0.8Ge_0.2燒結(jié)樣品的差示掃描測(cè)量熱流圖。

圖2b.?Mn_1.1Fe_0.9P_0.8Ge_0.18?Zn_?0.02燒結(jié)樣品的差示掃描測(cè)量熱流圖。

圖2c.?Mn_1.1Fe_0.9P_0.8Ge_0.2-z?Zn_?z（z=0，0.02）燒結(jié)樣品的差示掃描測(cè)量熵變圖。

圖3a.?Mn_1.2Fe_0.8P_0.73Ge_0.27燒結(jié)樣品的差示掃描測(cè)量熱流圖。

圖3b.?Mn_1.2Fe_0.8P_0.75Ge_0.269?Zn_0.001燒結(jié)樣品的差示掃描測(cè)量熱流圖。

圖3c.?Mn_1.2Fe_0.8P_0.73Ge_0.27-zZn_z（z=0，0.001）燒結(jié)樣品的差示掃描測(cè)量熵變圖。