[发明专利]一种使用放电等离子烧结技术（SPS）制备磁制冷合金的方法

说明书

一种使用放电等离子烧结技术(SPS)制备磁制冷合金的方法，属于磁制冷材料领域。磁制冷合金化学通式为Mn_0.8Fe_0.2NiSi_1‑xGa_x，Fe为对Mn进行掺杂，Ga为对Si进行掺杂，0.15≤x≤0.17。按摩尔比配料，放入悬浮熔炼炉中，抽真空，氩气保护下熔炼，获得合金锭；将合金锭在纯惰性气体保护下退火，然后直接在冰水中淬火；将磁性合金锭研磨成粉末并进行粒度分级；将Mn_0.8Fe_0.2Ni Si_1‑xGa_x磁性合金粉体装入模具中，并使用放电等离子烧结(SPS)方法烧结成块体。合金能够在较宽的温度范围内发生结构相变，伴随有巨大的磁热效应，可作为磁制冷工质。

技术领域

本专利发明了一种新型锰镍硅(MnNiSi)磁制冷合金及其制备工艺，属于磁性功能材料中的磁制冷材料领域。

背景技术

基于磁热效应(MCE)的磁制冷技术是一种替代传统制冷技术的技术，具有效率高、可靠性高、噪声低、环境友好等优点。该技术依靠具有较大磁热效应的工作介质，在绝热过程中，当磁场减小时，能有效地吸收热量；在等温过程中，当磁场增大时，能有效地释放热量。因此，解决各种MCE材料所面临的问题对于磁制冷应用的发展至关重要。

MM’X(M和M’为过渡族金属，X为Si，Ge，Sn等主族元素)化合物是一种具有马氏体相变的新材料族。如果能将其结构相变调制成与铁磁有序相变耦合，就可以在宽的温度范围内实现一系列大的磁热效应。然而，与其他所有的 MM’X化合物一样，它在应用上仍然面临着一个很大的障碍，那就是它的脆性。在一级的六角相结构转变为正交结构过程中，由于强的磁结构耦合引起的大磁体积效应会产生高水平的内应力，从而导致材料在制备过程中坍缩成粉末。这在实际使用中是不利的，因此需要将MM’X化合物制造为具有一定形状的块体。

SPS烧结是一种利用脉冲能量、火花冲击压力和焦耳加热在整个烧结过程中产生的高频瞬间局部高温场对试样进行加热的新型技术。SPS的优点是烧结速度快、晶粒生长可控、尺寸精度和密度高。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于通过SPS烧结获得具有较大磁热效应的新型 MnNiSi基磁致冷材料，提供一种制备磁制冷合金的新方法。

本发明的另一个目的在于提供一种可在较大的粒径范围内调控的磁制冷合金，使其有效磁制冷效率大大提高，具有更加广泛的应用范围。

为了实现本发明的目的，发明提供了一种制备磁制冷合金的先进方法，放电等离子烧结技术(SPS)，其特征在于烧结速度快、晶粒生长可控、尺寸精度和密度高，能进一步促进六角相的生成。本发明还提供了一种磁性合金，化学通式为Mn_0.8Fe_0.2NiSi_1-xGa_x，其中，Fe为过渡族金属对Mn进行掺杂，Ga为主族元素对Si进行掺杂，0.15≤x≤0.17。所述磁制冷合金粒径范围为37～150μm，并且将所述磁制冷合金高温烧结成致密的块体材料。

优选地，在本发明的一些实施方案中，Mn_0.8Fe_0.2NiSi_1-xGa_x的成分优选为Mn_0.8Fe_0.2NiSi_0.85Ga_0.15、Mn_0.8Fe_0.2NiSi_0.84Ga_0.16和Mn_0.8Fe_0.2NiSi_0.83Ga_0.17。

上述磁性合金的制备步骤：