[發明專利]一種基于熱壓反應燒結的La-Fe-Si基磁制冷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910700359.2
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110534276B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 鐘喜春;董旭濤;劉仲武;余紅雅;張輝;邱萬奇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01F1/01
• 分類號: H01F1/01;H01F41/02;B22F1/00;B22F3/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

本發明公開了一種基于熱壓反應燒結的La?Fe?Si基磁制冷復合材料及其制備方法，其由主相La?Fe?Si基磁制冷材料和粘結劑RE?Co基合金粉末均勻混合，經高溫熱壓反應燒結法成型，制備得到磁制冷復合材料；所述高溫熱壓燒結成型的溫度為900～1200℃，壓力為10～100MPa；所述La?Fe?Si基磁制冷材料的粒度≤300μm，RE?Co基合金粉末的粒徑≤100μm。本發明采用高溫熱壓反應燒結，Ce?Co合金粉末顆粒在高溫熱壓反應燒結的同時擴散進入主相，在原主相顆粒間形成了新成分的主相顆粒，使得各主相顆粒之間相互連接為一體，提高了復合材料的致密度和復合材料的力學性能。

技術領域

本發明涉及一種La-Fe-Si基磁制冷復合材料，尤其涉及采用集高溫熱壓與高溫擴散于一步的成型方法制備的具有高力學性能、良好磁熱性能的塊體復合磁制冷材料及其制備方法。

背景技術

在社會發展以及工業化進程中，制冷技術發揮著不可替代的作用。但是目前普遍采用的氣體壓縮式制冷技術，存在制冷效率低(一般僅為卡諾循環的5～10％)、能耗大、加劇溫室效應的缺點，磁制冷技術由于高效節能(效率可以達到卡諾循環的60％)、無環境污染、運行可靠等一系列優點，被認為是目前最有前途取代氣體壓縮制冷的綠色制冷技術。在眾多磁制冷材料中，NaZn₁₃型La-Fe-Si基化合物由于其優異的磁熱性能、價格低廉和無毒環保等特點，被認為是最具應用潛力的室溫磁制冷材料之一。

但是針對于應用的LaFe_13-xSi_x化合物還存在有以下缺點：(1)成相困難。塊體LaFe_13-xSi_x化合物往往需要在1000℃以上熱處理幾天甚至一周，才能得到近單一的1:13相；(2)居里溫度較低。LaFe_13-xSi_x(1.0≤x≤1.6)化合物的居里溫度普遍低于210K；(3)磁體積效應。具有大磁熵變的LaFe_13-xSi_x(1.0≤x≤1.6)化合物在居里溫度附近的磁相變表現為一級磁相變，且磁相變過程伴隨著較為明顯的體積變化，這會導致塊體LaFe_13-xSi_x磁制冷材料應用中的粉化；(4)綜合性能不理想。LaFe_13-xSi_x材料機械加工性能與熱導率不能滿足應用的需求。以上缺點限制了LaFe_13-xSi_x(1.0≤x≤1.6)磁制冷材料的市場化應用進程。

為促進LaFe_13-xSi_x磁制冷材料的市場化應用，現階段研究工作取得的主要成果在于：(1)通過快淬(單輥甩帶)工藝提高LaFe_13-xSi_x材料的組織均勻性，進而縮短熱處理成相時間；(2)使用部分替換原子或者添加間隙原子來提高其居里溫度并削弱其一級相變特征伴隨的磁體積效應，防止塊體材料在應用過程破碎；(3)借鑒粉末冶金工藝，混合其它高熱導、高塑性材料，通過熱壓成型工藝制備存在一定孔隙且具有良好綜合性能的復合塊體材料。目前人們對于如何改善其成相或成型缺點已經取得了豐碩的成果，但是對于其綜合性能的提高方面，人們只能通過工藝疊加來實現，而目前滿足市場化應用的一步成型法高效制備高性能的La-Fe-Si基磁制冷復合材料尚未真正得以實現。

發明內容