[发明专利]一种磁致冷稀土-铁-铝材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磁致冷稀土‑铁‑铝材料、制备方法及其应用。按化学式R₁₄Fe_3+xAl_3‑x的原子百分比分别称取各原料，混合均匀，其中，R为稀土元素Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的任意一种，‑0.2≤x≤0.2；经熔炼、冷却，得到铸态合金；真空退火处理后快速冷却，得到一种磁致冷稀土‑铁‑铝材料，它为Lu₁₄Co₃In₃型四方晶体结构，空间群为P4₂/nmc。本发明提供的稀土‑铁‑铝材料在20K～80K的温度区间呈现较大磁熵变，具有较大磁致冷能力，良好的热、磁可逆性质，且价格低廉，是十分理想的中温区磁致冷材料。

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，特别涉及一种用于磁致冷的稀土-铁-铝材料、制备方法及应用。

背景技术

传统气体压缩制冷技术广泛应用于制冷及低温技术领域，但存在制冷效率低、能耗大、破坏大气环境等缺点。磁致冷技术是指以磁性材料为制冷工质的一种新型制冷技术，其制冷原理是借助于磁致冷材料的磁热效应。在等温条件下，当磁场强度增加（磁化）时磁致冷材料的磁矩趋于有序排列，磁熵降低，向外界排热；当磁化强度减弱（退磁）时磁矩趋于无序排列，磁熵增加，磁致冷工质从外界吸热，从而达到制冷的目的。与传统气体压缩制冷技术相比，磁致冷技术具有高效节能、绿色环保、稳定可靠等显著优势，被认为高新绿色制冷技术。其中，寻找高性能磁致冷材料是磁致冷技术实用化和商业化的核心所在。

通常，衡量磁致冷材料磁热性能的参数主要是磁熵变和磁致冷能力（即RC，指在一个制冷循环中可传递的热量）。按工作温区划分，磁致冷材料可分为低温（20K以下）、中温（20K~77K）、高温（77K~270K）和室温（270K~330K）磁致冷材料。其中，中温区是液化氮气、氢气、天然气的重要温区。目前，在该温区的研究主要集中在重稀土Pr、Nd、Er、Tm、Dy_xEr_1-x金属和RAl₂、RNi₂等稀土金属间化合物中。但是，上述磁致冷材料的磁热性能较低、相变温区过窄，使其商业应用受到了限制。因此，寻找中温区下具有可逆大磁熵变和高磁致冷能力的磁性材料是促进中温磁致冷技术应用的关键。

发明内容

本发明针对现有中温磁致冷材料存在的不足，提供一种具有可逆大磁熵变、价格低廉、适用于中温区（20K～80K）制冷的磁致冷稀土-铁-铝材料、制备方法及其应用。

实现本发明目的的技术方案是提供一种磁致冷稀土-铁-铝材料，它的通式为：R₁₄Fe_3+xAl_3-x，其中，R为稀土元素Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的任意一种，-0.2≤x≤0.2。

本发明所述磁致冷稀土-铁-铝材料，它为Lu₁₄Co₃In₃型四方晶体结构，空间群为P4₂/nmc。

本发明技术方案还包括一种磁致冷稀土-铁-铝材料的制备方法，步骤如下：

（1）按化学式R₁₄Fe_3+xAl_3-x的原子百分比分别称取各原料，混合均匀，其中，R为稀土元素Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm或Yb中的任意一种，-0.2≤x≤0.2；

（2）将步骤（1）混合得到的原料放入电弧炉或感应加热炉中，炉腔抽真空后，再用高纯氩清洗，经熔炼、冷却，得到铸态合金；

（3）将步骤（2）得到的铸态合金进行真空退火处理；或先将步骤（2）得到的铸态合金在甩带机中感应熔化快淬得到非晶薄带，再进行真空退火处理；