[發(fā)明專利]一種基于晶界擴(kuò)散技術(shù)的LaFeSi基磁制冷復(fù)合塊體材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810011832.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN108242302B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘喜春;彭得然;董旭濤;劉仲武;焦東玲;邱萬奇;張輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F1/01
• 分類號(hào): H01F1/01;H01F41/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

本發(fā)明公開了一種基于晶界擴(kuò)散技術(shù)的LaFeSi基磁制冷復(fù)合塊體材料及其制備方法，將LaFeSi磁制冷材料顆粒和La?Co合金顆粒均勻混合，經(jīng)真空熱模壓加工成塊體，再經(jīng)擴(kuò)散退火熱處理，制得復(fù)合塊體材料，所述LaFeSi磁制冷材料顆粒為LaFe_13?xSi_x材料，其中1.0<x≤1.6。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)主要在于：該復(fù)合材料為磁熱工質(zhì)和粘結(jié)劑兩組分構(gòu)成，粘結(jié)劑降低材料孔隙度，因而獲得高致密度和高磁熱性能的LaFeSi基磁制冷復(fù)合材料，很好的解決了LaFeSi基磁制冷材料脆性大以及難于加工成型等問題。通過熱壓成型制備得到的LaFeSi基磁制冷材料具有少量的孔隙，緩解磁相變過程中存在磁體積效應(yīng)而導(dǎo)致的應(yīng)力作用。通過后續(xù)熱處理使得粘結(jié)劑中的Co元素通過晶界擴(kuò)散進(jìn)入LaFe?Si主相晶格中，從而調(diào)控材料的居里溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬基磁制冷復(fù)合材料，特別涉及具有高致密度、良好磁熱性能的La-Fe-Si基磁制冷復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前較廣泛使用的傳統(tǒng)氣體壓縮制冷技術(shù)，存在制冷效率低、污染環(huán)境和噪音大等一系列弊端,尤其傳統(tǒng)氣體壓縮制冷所依賴的制冷介質(zhì)氟利昂被禁止使用，使得傳統(tǒng)制冷行業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，研發(fā)一種新型制冷技術(shù)勢(shì)在必行。

磁制冷技術(shù)是一種依賴于對(duì)環(huán)境無害的磁性固體工質(zhì)材料的磁熱效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)制冷的新型制冷技術(shù)，使用該技術(shù)替代傳統(tǒng)氣體壓縮制冷技術(shù)可以節(jié)省30-40％的能量，且無需氣體壓縮機(jī)，因此磁制冷技術(shù)具有低能耗、無污染、低噪音、體積小、易維護(hù)、壽命長等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的關(guān)注。

自發(fā)現(xiàn)稀土金屬Gd具有優(yōu)秀的磁熱效應(yīng)后，科學(xué)家們相繼發(fā)現(xiàn)多種可用于磁制冷系統(tǒng)的巨磁熱效應(yīng)材料，如Gd₅(Si_1-xGe_x)₄、MnFeP_0.4As_0.45、MnAs_1-xSb_x、La(Fe_xSi_1-x)₁₃等。室溫磁制冷技術(shù)的快速進(jìn)步和商業(yè)化迫切需要發(fā)展低成本、高性能的室溫磁制冷材料。新型大磁熵變材料體系如GdSiGe、LaFeSi和MnFePAs尚未獲得實(shí)用化，原因在于：GdSiGe系的巨磁熱效應(yīng)與原材料純度密切相關(guān)，且Gd、Ge價(jià)格昂貴；MnFePAs化合物可以使用Si、Ge替代劇毒元素As、若能很好地解決其相變過程中大的熱滯和磁滯問題及因元素替代可能出現(xiàn)的初始效應(yīng)(Virgin effect)現(xiàn)象，則其在磁制冷方面具有很好的應(yīng)用前景；NaZn₁₃型LaFeSi基化合物由于其低成本、無毒性、居里溫度連續(xù)可調(diào)且具有大磁熵變，被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的室溫磁制冷材料之一。目前世界范圍內(nèi)諸多的磁制冷樣機(jī)已使用La(Fe,Si)₁₃基材料作為磁工質(zhì)。由此可見，La(Fe,Si)₁₃磁制冷材料已經(jīng)展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景。

LaFeSi基化合物磁熵變的大小與1:13相的多少直接相關(guān)。然而，具有NaZn₁₃型結(jié)構(gòu)的LaFeSi基化合物成相困難，傳統(tǒng)制備方法需要將鑄態(tài)合金進(jìn)行高溫長時(shí)間(幾天甚至數(shù)周)熱處理，并冰水淬火才能得到接近單相的組織。此外，NaZn₁₃型LaFeSi基化合物的大磁熵變與溫度誘導(dǎo)的順磁-鐵磁轉(zhuǎn)變和磁場誘導(dǎo)的巡游電子變磁轉(zhuǎn)變(IEM)有關(guān)。與這兩個(gè)轉(zhuǎn)變相伴的體積變化超過1％，甚至達(dá)到～4％，這取決于化合物中的Si含量。相變過程中的強(qiáng)磁體積效應(yīng)(Strong magnetic volume effect)不僅會(huì)導(dǎo)致很大的熱滯和磁滯，而且在磁循環(huán)過程中會(huì)由于La(Fe,Si)₁₃基化合物的本征脆性導(dǎo)致裂紋的形成與擴(kuò)展以及顯微結(jié)構(gòu)完整性的退化，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用十分不利。目前，人們?cè)贚a(Fe,Si)₁₃基化合物的快速成相、抑制或消除其熱/磁滯的方法與作用機(jī)制以及后續(xù)的成型加工等方面做了大量的研究工作并取得了豐碩的成果，但涉及其商業(yè)化的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)問題仍未得到很好地解決。