[發明專利]一種液相激光燒蝕法制備無稀土鋁鐵硼磁制冷材料的方法

在審

• 申請號: 202011614615.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112570723A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 楊杭福;楊方宗;朱惠婷;余云丹
• 申請（專利權）人: 楊方宗
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;H01F1/01;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種液相激光燒蝕法制備無稀土鋁鐵硼磁制冷材料的方法。本發明的按照Al(Fe,M)₂₍B,C)₂合金成分，混合后，進過熔煉、熱處理，速凝制得鋁鐵硼塊體；利用激光燒蝕技術制備含鋁鐵硼納米顆粒的沉淀物溶液；將混合溶液的沉淀物過濾，并反復清洗3?5次，烘干之后，獲得納米級無稀土鋁鐵硼磁制冷材料。該制備方法有效避免鋁鐵硼制備過程的氧化，工藝過程相對簡單，鋁鐵硼的相變由一級相變轉變為二級相變，制冷溫區顯著增大，鋁鐵硼的相對制冷能力(RCP)提高了36%。

技術領域

本發明涉及一種液相激光燒蝕法制備無稀土鋁鐵硼磁制冷材料的方法，屬于磁性材料領域。

背景技術

磁制冷技術是以磁性材料為工質，借助材料本身的磁熱效應來制冷的一種綠色技術， 制冷效率高達傳統氣體制冷的5～10 倍，可以顯著節省能源;而且固態磁制冷材料的熵密度遠大于氣體，制冷機體積較小，不需要大幅度的氣體壓縮運動，運行平穩可靠;更為重要的是該技術無氟利昂、氨等制冷劑，無環境污染。AlFe₂B₂在1969就已被人所知的化合物，但直到最近才發現其具有優異的磁性能，重新被人們開始深入研究。2013年，Tan等人完成了一項關鍵實驗，他們發現AlFe₂B₂具有相對較大的磁熱效應，其室溫附近的最大磁熵變為-ΔS為4.1 kg^-1 K^-1（2 T），并且因為它由輕質，無毒輕，無毒，便宜且富含地球的元素，使得該化合物成為了磁制冷材料體系的重要一員。目前AlFe₂B₂材料的制備方法主要采用熔煉+長時間的退火技術，對納米級AlFe₂B₂材料的制備技術研究非常少，傳統的機械高能球磨法雖然能夠制備納米級顆粒，但制備過程容易造成合金的氧化，導致磁熱性能的下降。

液相激光燒蝕技術作為一種制備納米粒子的新技術備受關注。液相激光燒蝕(Laser Ablation in Liquid，LAL)是一種簡單、綠色的納米材料制備技術，通常只需在水中或有機液相條件下進行。近年來，LAL已被用于制備一系列具有特殊形貌、微觀結構的納米材料，以及在探索新興的，在光學、顯示、探測、生物等領域的性能和應用中，實現了功能化納米材料的制備。

發明內容

本發明的目的是為克服現有技術的不足，提供一種利用液相激光燒蝕法的制備納米級高性能鋁鐵硼磁制冷材料的方法。

（1）鋁鐵硼靶材制備階段：按照Al(Fe,M)₂(B,C)₂合金成分，混合后，進過熔煉、熱處理，速凝制得鋁鐵硼塊體。

（2）燒蝕階段：將得到的鋁鐵硼塊體，放入燒杯的靶材支架上，加入離子水溶液，沒過鋁鐵硼塊體，將燒杯置于旋轉轉速為10~30 r/min的旋轉平臺上，采用飛秒或者皮秒激光作為光源，將激光脈沖光束聚焦在前驅體表面燒蝕30~60 min，生成含鋁鐵硼納米顆粒的沉淀物溶液；

（3）分離階段：將混合溶液的沉淀物過濾，并反復清洗3-5次，烘干之后，獲得納米級無稀土鋁鐵硼磁制冷材料。

具體的，步驟（1）所述的Al(Fe,M)₂(B,C)₂，（Fe,M）中M為Co,Ni,Mn和Cr等過渡金屬元素的一種或多種，M的含量為1 wt% ~ 50wt%，(B,C)中C為碳粉，C的含量為1 wt% ~10wt%。

具體的，步驟（1）所述的熔煉為氬氣氣氛保護的電弧熔煉，將金屬以及C等原料采用電弧熔煉反復熔煉3~5次得到合金錠。

具體的，步驟（1）所述的熱處理方法為，將熔煉完的合金錠放入石英管中，在真高條件下，900 ^oC ~950 ^oC條件下熱處理7~14 d。

具體的，步驟（1）所述的速凝方法，將熱處理完的合金錠，立即放入冰水或者液氮中，得到鋁鐵硼塊體。