[發(fā)明專利]具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210531798.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN103031478A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付浩;滕保華;王明軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C28/00
• 分類號(hào): C22C28/00;H01F1/047;C09K5/14
• 代理公司: 四川君士達(dá)律師事務(wù)所 51216
• 代理人: 芶忠義

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁性材料領(lǐng)域，特別是涉及一種具有磁熱效應(yīng)的釓基磁致冷材料及其制備方法。

技術(shù)背景

相對(duì)于目前普遍采用的氣體壓縮式制冷技術(shù)而言，磁制冷具有綠色、節(jié)能、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，在空調(diào)、冰箱、氣體液化、紅外元件的冷卻、微電子系統(tǒng)冷卻等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

對(duì)于絕大部分鐵磁材料而言，其磁熵變隨溫度變化曲線的特征是：在磁有序溫度附近，材料的磁熵變達(dá)到最大值；在磁有序溫度的兩側(cè)，隨溫度升高和降低，磁熵變都減小。

在磁制冷機(jī)中，埃里克森循環(huán)是一個(gè)非常重要的循環(huán)。在15K以上的制冷溫區(qū)，由于固體物質(zhì)的晶格熵占總熵的比例較大，低溫下的卡諾循環(huán)不再適合，而要采用埃里克森循環(huán)以降低晶格熵帶來的影響。埃里克森循環(huán)要求工質(zhì)在循環(huán)過程中保持回?zé)崞胶猓诖澎刈兦€上具有平臺(tái)現(xiàn)象的磁致冷材料是最優(yōu)選擇。因此，從應(yīng)用角度而言，具有磁熵變平臺(tái)的磁致冷材料對(duì)制冷機(jī)的設(shè)計(jì)和磁熱效應(yīng)的最終實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

磁熵變平臺(tái)可以通過單一材料的多個(gè)磁有序相變來實(shí)現(xiàn)。如(Gd_0.54Er_0.46)?NiAl合金(Appl.?Phys.?Lett.,?1994;64:2739)在25K附近發(fā)生順磁-鐵磁和鐵磁-反鐵磁相變，從而在15-35K溫度區(qū)間獲得磁熵變平臺(tái)。但是具有磁熵變平臺(tái)的單相材料非常有限，迄今為止，只有(Gd_1-xEr_x)?NiAl單相合金具有該特征。

磁熵變平臺(tái)還可以通過復(fù)合材料的方法實(shí)現(xiàn)。我國科學(xué)家戴聞通過理論分析指出(J.?Appl.?Phys.,?1992;71:5272)，單一磁工質(zhì)和復(fù)合磁工質(zhì)雖然都可以獲得回?zé)崞胶猓遣捎脧?fù)合磁工質(zhì)的埃里克森循環(huán)還有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是理論上可以達(dá)到卡諾循環(huán)效率；二是可以獲得更高的制冷能力。實(shí)驗(yàn)方面，T.?Hashimoto等(J.?Appl.?Phys.,1987;62:3873)采用摩爾比為0.312:0.198:0.490的ErAl₂、HoAl₂和(Ho_0.5Dy_0.5)Al₂三種材料進(jìn)行燒結(jié)，獲得了在10-35K溫度范圍內(nèi)具有平臺(tái)現(xiàn)象的磁熵變曲線。

粉末燒結(jié)工藝獲得的材料密度通常比材料的理論密度低，顆粒之間空隙、空洞的存在會(huì)影響材料的傳熱；此外，燒結(jié)工藝不可避免產(chǎn)生異質(zhì)材料之間過渡層問題，導(dǎo)致材料的磁熱效應(yīng)降低。因此，開發(fā)新的制備工藝對(duì)獲得具有磁熵變平臺(tái)的復(fù)合磁工質(zhì)具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用原位合成的方法，即選擇合適的合金成分，使合金在凝固過程中形成包含多種合金相的復(fù)合結(jié)構(gòu)，提供一種具有磁熵變平臺(tái)的磁致冷材料及其制備方法，使其更適合作為在液氮溫區(qū)附近滿足埃里克森循環(huán)的磁致冷工質(zhì)使用。

本發(fā)明是通過電弧熔煉的方法將合金熔化均勻，凝固后獲得包含多個(gè)合金相的Gd-Co-Al母合金鑄錠，然后采用水冷銅模吸鑄法獲得包含晶體相和非晶相的圓柱狀合金。具體技術(shù)方案為：一種具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料，其組成可用公式表示為：GdaCobAlc，其中?50.0≤a≤55.0、15.0≤b≤20.0、25.0≤c≤31.0，且a+b+c?=100。

所述的具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料，還可以是52.5≤a≤53.0、16.5≤b≤19.0、28.0≤c≤31.0，且a+b+c?=100。

所述的具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料，還可以是52.5≤a≤53.0、16.5≤b≤17.5、29.5≤c≤31.0，且a+b+c?=100。

所述的具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料，可以是具有多個(gè)合金相的多晶合金。

所述的具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料，可以是為同時(shí)具有晶體和非晶體的復(fù)合合金。

所述的具有磁熵變平臺(tái)的原位復(fù)相釓基磁致冷材料的制備方法，其包含以下步驟：

（1）配料：將金屬釓、鈷、鋁按規(guī)定原子百分比配料；其中釓的純度為99.2%（質(zhì)量百分比）、鈷、鋁原材料的純度為99.9%（質(zhì)量百分比）以上；

（2）熔煉：將按步驟（1）配制好的原料在高純氬氣氛保護(hù)下熔煉至原料完全熔化，凝固后得到母合金。