[发明专利]公斤级La(Fe, Si)13基磁制冷材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁制冷材料，特别是涉及一种具有大磁热效应的公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料及其制备方法和用途。

背景技术

当今世界，制冷及低温技术起着十分重要的作用，关系到国计民生的众多重要领域，如低温工程、石油化工、高能物理、电力工业、精密仪器、超导电技术、航空航天、医疗器械等，制冷业耗能占社会总耗能的15%以上。目前广泛采用的制冷技术是传统的气体压缩与膨胀制冷技术，这种技术制冷时其卡诺循环的热效率仅为5～10%，可见，这种传统制冷技术效率较低。此外，传统制冷技术中的制冷工质氟利昂会破坏大气臭氧层，目前已被国际社会限制和禁止使用。因此寻找绿色环保且高效节能的新型制冷技术已成为世界范围内亟待解决的问题。

与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，具有对环境无破坏作用、噪音小、寿命长、可靠性好和效率高（可达30~60%）等显著优点，被誉为高新绿色制冷技术。而作为磁制冷技术的核心部分，高性能磁制冷材料的成功研发是磁制冷技术实用化以致商业化的关键。1997年，美国Ames实验室的Pecharsky和Gschneidner报道了Gd₅(Si_xGe_1-x)₄在室温附近表现出巨磁热效应，标志着室温磁制冷材料探索的首次突破，同时，也掀起了磁制冷材料，尤其是室温附近的磁制冷材料的探索和机理研究的热潮。迄今为止，世界各国已研究并发现了许多室温附近具有巨磁热效应的磁制冷材料，如Gd₅(Si_xGe_1-x)₄、LaCaMnO₃、Ni-Mn-Ga、La(Fe,M)₁₃（M=Si、Al）基化合物、MnAs基化合物等。

目前，La(Fe,Si)₁₃基化合物是被国际上广泛接受、最具有应用前景的室温区磁制冷材料。该磁制冷材料具有原料价格低廉、相变温度和相变性质可调、且室温附近磁熵变和绝热温变大等优点。2006年，美国国家航天技术中心（Astronautics Technology Center,Astronautics Corporation ofAmerica）首次将La(Fe,Si)₁₃基材料用于磁制冷样机中，初步结果显示其制冷能力优于传统磁制冷工质Gd。近几年，世界其他多个国家的研究机构也纷纷开展了La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料应用于磁制冷样机的试验。然而，要真正实现La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料在磁制冷机乃至磁制冷冰箱上的实用化，仍然有许多关键问题需要解决，包括：La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料一级相变出现的热滞和磁滞后问题，公斤级材料的制备方法和均匀性问题，如何提高材料的机械性能，以及公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料的吸氢工艺和氢化物的稳定性等问题。

由此可见，制备公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料，探索其最优的制备工艺和方法，对促进该磁制冷材料在磁制冷技术中的实际应用具有十分重要的意义。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于，提供一种公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料。本发明的另一个目的在于，提供所述用于磁制冷的公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料的制备方法。本发明的再一个目的在于，提供一种包括所述公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料的磁性制冷机。本发明的又一个目的在于，提供所述公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料在制造制冷材料中的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种公斤级La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料，所述磁制冷材料具有NaZn₁₃型立方晶体结构，其化学通式为LaFe_13-aSi_aC_bH_c，其中，

a的范围是：0.8≤a≤1.8；

b的范围是：0≤b≤1.0；

c的范围是：0<c≤2.0，