高居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶納米晶復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于稀±基非晶納米晶復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具有設(shè)及一種高居里溫度和高 制冷能力的Gd基非晶納米晶復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷技術(shù)不僅存在溫室效應(yīng)而且可能破壞臭氧層，與之相比，磁 制冷技術(shù)具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能、體積小、壽命長(zhǎng)和安全可靠的優(yōu)勢(shì)，因此尋找高效的磁 制冷工質(zhì)材料成為人們比較關(guān)注的問題。
[0003] 磁致冷是依靠磁熱效應(yīng)達(dá)到制冷效果的，因此磁熱效應(yīng)是磁致冷能夠?qū)崿F(xiàn)的基 礎(chǔ)。由磁性粒子構(gòu)成的固體磁性物質(zhì)，在受到外磁場(chǎng)作用被磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng) (磁賭減少），對(duì)外放出熱量；將其去磁，則固體的磁有序度下降（磁賭增大），要從外界吸 收熱量，運(yùn)種絕熱磁化一退磁引起的放熱和吸熱過程用一個(gè)循環(huán)連接起來，那么磁性材料 就會(huì)一端持續(xù)吸熱而另一端持續(xù)放熱，運(yùn)樣就會(huì)起到制冷的目的。
[0004] 在過去的幾十年中，人們逐漸開發(fā)出了許多性能優(yōu)異的磁制冷材料。其中，一些典 型的晶體磁制冷材料，如La(Fe,Si)13,Gds(Si,Ge)4,NiMnSn等具有巨磁熱效應(yīng)，表現(xiàn)出大的 磁賭變，但是運(yùn)些材料的磁熱效應(yīng)來源于一級(jí)相變，在轉(zhuǎn)變溫度除了磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變W外還伴 隨著相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變（相變潛熱的吸收或者放出），因此不可避免的會(huì)產(chǎn)生磁滯和熱滯W及相 變溫區(qū)較窄等缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致其綜合磁制冷能力較低。
[0005] 與之相比較，非晶態(tài)磁制冷材料的磁熱效應(yīng)是由于二級(jí)相變引起的，在轉(zhuǎn)變溫 度附近非晶磁制冷材料只發(fā)生磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，而沒有相結(jié)構(gòu)相變，幾乎無磁滯和熱滯損失， 雖然磁賭變低于晶態(tài)磁制冷材料，但是由于非晶材料具有的無序結(jié)構(gòu)使得磁轉(zhuǎn)變具有 較寬的溫區(qū)，成為制冷效率的一大優(yōu)勢(shì)，因而被認(rèn)為是具有應(yīng)用前景的磁制冷材料之一。 女曰Z.G.Zheng等人在"Magneticpropertiesandlargemagnetocaloriceffectsin amorphousGd-Al-Fealloysformagneticrefrigeration, "Sci.China-Phys.Mech. Astron.Vol. 54,PP. 1267-1270, 2011 報(bào)道了居里溫度 222K的GdssAlsFew的非晶條帶。
[0006] 近年來，結(jié)合稀±基非晶和晶體的獨(dú)特磁性能，富Gd納米晶的非晶納米晶復(fù)合 材料逐漸引起人們的關(guān)注。但是，運(yùn)類富Gd納米晶的非晶納米晶復(fù)合材料卻難W兼顧較 高的居里溫度與較高的磁賭變，從而在很大程度上限制了其作為磁致冷材料的應(yīng)用。。如 Y.T.Wang等人在"Giantenhancementofmagnetocaloriceffectinmetallicglass matrixcomposite"Sci.QiinaF*hysAstron51 (2008)337 中報(bào)道了 化3。6(16。411。的居里 溫度可達(dá)200K，但是其磁賭變僅為3. 53J/kgK;Fei5GcUAlu的磁賭變可達(dá)6. 12J/kgK，但 是其居里溫度僅為 170K。F.化an等人在"Theeffectof化//\1ratioonthethermal stabilityandmagnetocaloriceffectofGdssFexAlAs、（x= 15-35)glassyribbons, "J. Appl.Phys. 111，07A937, 2012報(bào)道了Gdss化3dA1i5的居里溫度高達(dá)270K，但是其磁賭變僅為 3.43J/kgK;Gds5化3sA1i。的居里溫度高達(dá)312K，但是其磁賭變僅為2.92J/kgK。
[0007] 因此如何制備出同時(shí)具有高居里溫度、大制冷溫區(qū)和大磁賭變的Gd基非晶納米 晶復(fù)合材料對(duì)于其作為磁制冷材料的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明旨在提供一種Gd基非晶納米晶復(fù)合材料，其同時(shí)具有 較高的居里溫度與磁賭變，有利于作為磁致冷材料的實(shí)際應(yīng)用。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)探索后發(fā)現(xiàn)，提高Gd基非晶納米 晶復(fù)合材料中的Gd含量至80%W上時(shí)，該Gd基非晶納米晶復(fù)合材料不僅具有較高的居里 溫度，而且具有較高的磁賭變。
[0010] 所要解決的技術(shù)問題就是針對(duì)上述的現(xiàn)狀，通過實(shí)驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)，提供一種具有高 居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶納米晶材料。其化學(xué)分子式如下時(shí)，該Gd基非晶納米 晶合金不僅具有高的居里溫度，而且具有大的磁賭變（5T場(chǎng)下，磁賭變5. 0~7. 2J/kg/K)。
[0011] 目P，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種高居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶 納米晶復(fù)合材料，其分子式為GdJebAl。，其中a、b、C指代各對(duì)應(yīng)元素的原子含量，并且 75《a《92,5《b《20,4《C《15,且滿足a+b+c= 100。
[0012] 作為優(yōu)選，80《a《90。 陽01引 作為優(yōu)選，5. 5《b《12。
[0014] 作為優(yōu)選，4. 5《C《9。
[0015] 上述Gd基復(fù)合材料為非晶納米晶結(jié)構(gòu)，在非晶基底上有納米晶析出。該Gd基非晶 納米晶復(fù)合材料具有較高的居里溫度，，同時(shí)還具有較大的磁賭變，其居里溫度在200KW 上，制冷溫區(qū)高達(dá)143~240K，5T磁場(chǎng)下的磁賭變大于5.OJ/kg/K。另外，該Gd基非晶納米 晶復(fù)合材料的磁轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間較寬，達(dá)到143~240K，制冷能力高達(dá)690J/kgW上，因此是 一種良好的磁制冷材料，可W作為近室溫磁制冷工質(zhì)應(yīng)用。
[0016] 本發(fā)明還提供了一種制備上述高居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶納米晶復(fù)合 材料的方法，該方法包括W下步驟：
[0017] 步驟1 :將Gd、Fe、Al元素按照所述分子式中的原子比配制原料；
[0018] 步驟2 :將步驟1中配制的原料放入烙煉爐中，在氣氣保護(hù)氣氛下進(jìn)行烙煉，得到 成分均勻的母合金鑄錠；
[0019] 步驟3 :將步驟2得到的母合金鑄錠破碎為小塊待用；
[0020] 步驟4 :打開快澤設(shè)備腔體，將步驟3得到的母合金裝入腔體中的底部帶有小孔的 石英玻璃管內(nèi)，關(guān)閉腔體并抽真空，調(diào)節(jié)腔體內(nèi)外壓力差；在氣氣氣氛保護(hù)下感應(yīng)加熱母合 金使其烙融，在石英管內(nèi)外壓差下烙融狀態(tài)下的母合金噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅漉表面，快速 冷卻得到條帶。
【附圖說明】 陽OW 圖1為(Mx(Fe〇.566Al〇.434)i。。X(x= 80,90)合金條帶在室溫下的X射線衍射圖； 陽02引圖2為Gdx(Fe〇.日esAl。.434)10。X(X= 80，90)合金條帶的DSC曲線圖； 陽〇2引圖3為(Mx(Fe〇.566Al〇.434)i。。x(x= 80,90)合金條帶的熱磁曲線；
[0024]圖 4 為(Mx(Fe〇.56eAl〇.434)i。。x(x= 80,90)合金條帶的等溫磁化曲線； 陽O巧]圖5為Gdx(Feo.sesAl。.434)10。X(X= 80,90)合金條帶的等溫磁賭變與溫度的關(guān)系曲 線；
[0026]圖6為GdgoFesjAlA.冷金條帶的ArrotPlot曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]W下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，需要指出的是，W下所述實(shí)施 例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。 陽02引 實(shí)施例1: 陽029] 本實(shí)施例中，非晶納米晶復(fù)合材料的分子式為GcUFeii.sAls.,。
[0030] 該非晶納米晶復(fù)合材料GdsnFeiijAlsj的制備包括如下步驟： 陽0川步驟1 :將純度99. 99 %W上的元素GdJe和Al按照GcUFeiijAls.沖各元素的原 子比稱樣均勻混合，得到原料，該原料的總重量為20g;
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