[發明專利]一種應用于低溫磁制冷的輕稀土REZnSi材料的制備方法

有效

• 申請號: 201911343061.7
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111074130B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 李領偉;馬怡輝;盧晨曦;張曉飛
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01F1/01
• 分類號: H01F1/01;C22C30/00;C22C1/04;C22F1/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明一種應用于低溫磁制冷的輕稀土REZnSi材料及制備方法，RE為輕稀土Ce，Pr，Nd中的一者或多者之間的混合；所述的REZnSi材料具有六方型晶體結構，屬于P6/mmm空間群；在0～2T的磁場變化下，等溫磁熵變為2.5?7.2J/kgK，在0～5T的磁場變化下，等溫磁熵變為5.8?13.8J/kgK；在0～7T的磁場變化下，等溫磁熵變為9.4?12.4J/kgK。首先將稀土和硅按一定加熱融化制備出均勻合金錠子，破碎成粉末與鋅粉按比例混合，利用熱壓的方法制備出致密的合金塊，對合金塊熱處理后獲得成品。本發明材料可應用于低溫區磁制冷領域。原料價格低廉，制備方法工藝簡單、適用于工業化。

技術領域

本發明屬于磁性功能材料技術領域，特別涉及一種應用于低溫磁制冷的輕稀土REZnSi材料RE為稀土Ce，Pr,Nd或兩者及多者之間的混合)材料及其制備方法。

背景技術

磁制冷材料是一種基于材料的磁熱效應(即magnetocaloric effect，又稱磁卡效應或磁熵效應)實現制冷的一種無污染的制冷工質材料。磁制冷的原理是利用外加磁場而使磁工質的磁矩發生有序、無序的變化(相變)引起磁體吸熱和放熱作用而進行制冷循環。通過磁制冷工質進入高磁場區域，放出熱量到周圍環境；進入零/低磁場區域，溫度降低，吸收熱量達到制冷的目的；如此反復循環可連續制冷。磁制冷被認為是一種“綠色”的制冷方式。磁制冷因為使用具有大磁熱效應的磁性材料作為制冷工質，不使用會破壞臭氧層和產生溫室效應的任何有害氣體，而且其制冷效率比目前最好的制冷系統可高20～30﹪，是未來最具潛力的制冷方式之一。而目前這一技術未能廣泛應用的主要原因之一是不同溫區的低價格高性能磁制冷材料相對較少。目前低溫區磁制冷材料主要是一些重稀土金屬間化合物材料，重稀土價格高而限制了該類材料的實際應用。此外，由于鋅的沸點遠低于稀土的熔點，無法直接進行合金化，對該類材料的制備條件苛刻而且工藝復雜。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種應用于低溫磁制冷的價格低廉的輕稀土基REZnSi材料的制備方法。

一種應用于低溫磁制冷的輕稀土REZnSi材料，RE為輕稀土，Pr，Nd，Ce中的一者或多者之間的混合；REZnSi材料，在0～2T的磁場變化下，等溫磁熵變為2.5-7.2J/kgK，在0～5T的磁場變化下，等溫磁熵變為5.8-13.8J/kgK；在0～7T的磁場變化下，等溫磁熵變為9.4-12.4J/kgK。

一種應用于低溫磁制冷的低溫磁制冷的輕稀土REZnSi材料的制備方法，RE為Ce，Pr，Nd中的一者或多者之間的混合，包括以下步驟：

步驟1：將稀土金屬與硅單質按摩爾比1.01:1-1.03:1的比例均勻混合成原料，在真空或者氬氣保護氣氛下、利用電阻絲加熱、感應加熱或電弧放電的方法加熱至原料全部溶化成合金錠子；

步驟2：將制備出的合金錠子翻轉后采取同樣的方式加熱至完全溶化、并重復此步驟2-4次，獲得均勻的合金錠子；

步驟3：將制備出的合金錠子破碎成粉100-200微米顆粒后，與粒度在40-80微米的Zn粉按照鋅粉和步驟2合金錠子中硅的摩爾比在1.03：1-1.06:1比例稱量并混合均勻；

步驟4：將混合均勻的粉末放入磨具中在30-100MPa的壓力下，并加熱至450-520℃保溫3-10小時，獲得致密的合金塊；

步驟5：將上一步制得的合金塊在氬氣保護狀態下780-880℃熱處理60-200小時后冷卻至室溫即可得到成品。

本發明材料可應用于低溫區磁制冷領域。原料價格低廉，制備方法工藝簡單、適用于工業化。

具體實施方式

下面對本發明做進一步的分析，但具體實施案例并不對本發明作任何限定。

實施例1：制備PrZnSi磁制冷材料