[發明專利]LaFeSi基磁制冷材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510096196.3
• 申請日: 2015-03-04
• 公開（公告）號: CN104694813B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 劉劍;何春;張中天;張明曉;閆阿儒
• 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: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C21D1/18;C21D1/26;C21D1/74;C09K5/14
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本發明涉及一種磁性材料，具體涉及一種具有巨磁熱效應的LaFeSi基磁制冷材料及其制備方法與應用，屬于磁制冷材料制備領域。

背景技術

隨著現代社會的發展，制冷技術在改善人們的生活水平和工作環境等方面起著至關重要的作用。冰箱空調等制冷電器已進入到家家戶戶，據統計制冷業每年能耗占全社會總能耗15％以上。目前普遍使用的氣體壓縮制冷技術的最高效率僅為25％，而且具有污染環境，噪音大，體積大等缺點。因此探索環境友好，高效節能的新型制冷技術成為當前迫切需要解決的問題。

磁制冷技術是以磁性材料為工作介質，借助于材料本身的磁熱效應來制冷的一種綠色制冷技術。與傳統的壓縮氣體膨脹制冷技術相比，磁制冷技術具有如下優點：(1)不使用無氟利昂、氨等制冷劑，無環境污染；(2)磁制冷材料為固態，其熵密度遠大于氣體，制冷效率高；(3)利用磁熱效應制冷，無需大幅度的氣體壓縮運動，避免了額外的能源消耗，同時制冷機體積較小、運行平穩可靠。因而該制冷技術得到全世界的廣泛關注。近年來，中國、美國、荷蘭、日本等發現了幾類在室溫范圍具有巨磁熱效應的材料，如：Gd-Si-Ge,Ni-Mn-Ga,Mn-Fe-P-As,MnAs,La(Fe,Si)₁₃等合金系。這些材料共同特點是磁相變伴隨著顯著的晶體結構的變化，其磁熱效應明顯高于傳統磁制冷材料Gd。在這些新型磁制冷材料中，NaZn₁₃型結構的La(Fe,Si)₁₃化合物因其無毒、滯后小、相變驅動場低、原材料價格低廉、居里溫度易調節等優勢成為最受重視磁熱效應材料之一。目前世界范圍內諸多實驗室的磁制冷樣機已使用La(Fe,Si)₁₃基材料作為磁工質。可以說，La(Fe,Si)₁₃磁制冷材料已經展現出極大的應用前景，但是形成單一的塊體NaZn₁₃型結構La(Fe,Si)₁₃化合物需要高溫退火七天甚至數周，不但浪費能源，而且生產周期超長，這極大地制約了其工業應用。一些研究指出快速凝固工藝可以縮短La(Fe,Si)₁₃磁制冷材料的制備周期，但所用的設備比較復雜且形狀僅限于很薄的帶材或片材無法制備出塊體材料。實際上，La(Fe,Si)₁₃化合物居里溫度在200K左右，不能直接用室溫磁制冷機中，文獻2報道Co元素的替代化合中Fe可調節La(Fe,Si)₁₃基化合物居里溫度至室溫范圍，但文獻中La(FeCoSi)₁₃化合物同樣需長時退火才能形成具有磁熱效應的1:13相；文獻3-4報道La(Fe,Si)₁₃化合物間隙位摻雜H、C等元素也可調節其居里溫度至室溫范圍，通過文獻1可知正分比La(Fe,Si)₁₃化合物必須經過破碎成粉末，氫原子才容易進入化合物中，破碎過程會引入大量缺陷，導致磁熱效應降低，而由文獻3可知正分比La(Fe,Si)₁₃化合物充氫需先經過機械破碎方法制備成粉末，由此得到的室溫La(Fe,Si)₁₃H磁制冷材料磁熱效應降低明顯。因此，如何高效地制備這類新型室溫磁制冷材料并保持高磁熱性能成為當前亟待解決的問題之一。

參考文獻：

1、公布號為CN 103059815A的發明專利。

2、“Phase formation with NaZn₁₃structure in metamagnetic La(Fe_1-xCo_x)_11.9Si_1.1compounds”,Journal of Rare Earths,Vol.26,No.5(2008)。

3、“Hydrogen absorption of LaFe_11.5Si_1.5compound under low hydrogen gas pressure”,Chin.Phy.B,Vol.18,No.10(2009)。