一種鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料及制備方法
【專利摘要】一種鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料及制備方法，屬于材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該材料化學(xué)通式為：Er?Zn，按原子比，Er：Zn＝1：(1.2～1.6)，所述鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZn2，按摩爾比，ErZn和ErZn2＝(4～2)：(1～3)。制備方法：1)配料；2)將原料置于Ta金屬管內(nèi)，對(duì)金屬管抽真空，充入惰性氣體，將金屬管封閉；3)將金屬管，在800～950℃，保溫2～5min；4)將金屬管，在580～620℃保溫2～4h，得先驅(qū)物；5)將先驅(qū)物，研磨至平均粒度小于等于100μm，冷壓成型制得坯塊；在530～570℃，退火2～3天，冰水中快淬制得成品。本發(fā)明制得的鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料在5～30K溫度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。
【專利說(shuō)明】
一種鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[00〇1 ]本發(fā)明屬于材料學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磁性功能材料，特別涉及一種鉺鋅(Er-Zn) 基復(fù)合低溫磁制冷材料及制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]磁制冷材料是一種新型磁性功能材料，它是利用磁性材料的磁熱效應(yīng)(即 magnetocaloric effect，又稱磁卡效應(yīng))實(shí)現(xiàn)制冷的一種工質(zhì)材料。所有材料都具有磁熱效應(yīng)，其大小取決于材料自身的物理特性。磁制冷是利用外加磁場(chǎng)而使磁工質(zhì)的磁矩發(fā)生有序、無(wú)序的變化(相變)引起磁體吸熱和放熱作用而進(jìn)行制冷循環(huán)。通過(guò)磁制冷工質(zhì)進(jìn)入高磁場(chǎng)區(qū)域，放出熱量到周圍環(huán)境;進(jìn)入零/低磁場(chǎng)區(qū)域，溫度降低，吸收熱量達(dá)到制冷的目的；如此反復(fù)循環(huán)可連續(xù)制冷。磁制冷被認(rèn)為是一種“綠色”的制冷方式，不排放如氟利昂等任何有害氣體，有望代替現(xiàn)在正在使用的耗能大且有害環(huán)境的氣體壓縮制冷方式。與現(xiàn)有最好的制冷系統(tǒng)相比，磁制冷可以少消耗20?30%的能源，而且即不破壞臭氧層又不排放溫室氣體。磁制冷具有熵密度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)污染、噪聲小、效率高及功耗低等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來(lái)頗具潛力的一種新的制冷方式。而取決于這一技術(shù)能否走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)千家萬(wàn)戶的關(guān)鍵是尋找在寬溫區(qū)、低磁場(chǎng)條件下具有大磁熵變的磁致冷材料。
[0003]磁制冷技術(shù)的關(guān)鍵是尋找在寬溫區(qū)、低磁場(chǎng)條件下具有大磁熵變的磁致冷材料。 按工作溫區(qū)劃分，磁制冷材料可以分為極低溫(4.2K以下)，低溫(4.2?20K)，中溫區(qū)(20? 77K)和室溫區(qū)(300K附近)磁制冷材料。其中，目前低溫區(qū)磁制冷材料主要包括一些順磁金屬鹽和稀土金屬間化合物，但由于他們的磁熵變相對(duì)較小，使其商業(yè)應(yīng)用受到一定的限制。 根據(jù)研究，鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合材料在低溫區(qū)具有大的可逆平臺(tái)式磁熱效應(yīng)，在低溫磁制冷領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料及制備方法。該材料是在低溫區(qū)具有大的可逆平臺(tái)式磁熱效應(yīng)、可用于低溫磁制冷的通式為鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合磁制冷材料。
[0005]本發(fā)明的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，化學(xué)通式為:Er-Zn，按原子比，Er: Zn = l:(1.2?1.6)，所述鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZn2,按摩爾比， ErZn和ErZn2= (4?2): (1?3)。
[0006]本發(fā)明的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，在5?30K溫度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。
[0007]本發(fā)明的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1，按鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的摩爾比，稱取鉺和鋅，混合均勻制得原料；
[0009]步驟2,將原料置于Ta金屬管內(nèi)，對(duì)Ta金屬管抽真空至壓力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.78?0.85個(gè)大氣壓的惰性氣體，然后將Ta金屬管封閉；
[0010]步驟3,將封閉的Ta金屬管，置入感應(yīng)熔煉爐，以2?3°C/min的升溫速率，升溫至800?950°C，保溫2?5min;[〇〇11]步驟4，經(jīng)過(guò)升溫保溫后的Ta金屬管，降溫至580?620°C后保溫2?4h;然后自然冷卻至常溫；
[0012]步驟 5:[〇〇13](1)將Ta金屬管內(nèi)的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷壓成型制得坯塊；
[0014](2)將坯塊封入真空石英管中，在530?570°C，退火2?3天，冰水中快淬制得成品。[〇〇15]所述步驟2中，惰性氣體為氬氣。[〇〇16] 所述的步驟5(1)中，冷壓成型的壓力為28?32Mpa;壓制時(shí)間時(shí)間為8?12min。 [〇〇17]本發(fā)明的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料及制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為:[〇〇18]本發(fā)明方法制備的磁制冷材料磁熵變顯著，磁制冷能力高，在5?30K溫度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。該磁制冷材料具有良好的磁、熱可逆性質(zhì)。本發(fā)明方法采用保護(hù)氣體密封在金屬管內(nèi)原位復(fù)合的方法成功制備出復(fù)合材料，有效地克服了 Zn的揮發(fā)。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1[0〇2〇]—種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，化學(xué)通式為:Er-Zn，按原子比，Er: Zn =1:1.2,所述鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩爾比，ErZn和ErZn2 = 2:3〇[〇〇21]一種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0022]步驟1，按鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的摩爾比，稱取鉺和鋅，混合均勻制得原料；
[0023]步驟2,將原料置于Ta金屬管內(nèi)，對(duì)Ta金屬管抽真空至壓力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.78個(gè)大氣壓的氬氣，然后將Ta金屬管封閉；[〇〇24]步驟3,將封閉的Ta金屬管，置入感應(yīng)熔煉爐，以2°C/min的升溫速率，升溫至800。。，保溫5min;[〇〇25]步驟4，經(jīng)過(guò)升溫保溫后的Ta金屬管，降溫至580°C后保溫4h;然后自然冷卻至常溫，然后自然冷卻至常溫；
[0026]步驟 5:[〇〇27](1)將Ta金屬管內(nèi)的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷壓成型制得坯塊;其中，冷壓成型的壓力為28Mpa;壓制時(shí)間時(shí)間為12min。
[0028](2)將坯塊封入真空石英管中，在530°C，退火2天，冰水中快淬制得成品。[〇〇29]本實(shí)施例制備的的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，在5?30K溫度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。
[0030] 實(shí)施例2[0〇31 ]—種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，化學(xué)通式為:Er-Zn，按原子比，Er:Zn =1:1.6,所述鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩爾比，ErZn和ErZn2 = 4:1〇
[0032]一種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0033]步驟1，按鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的摩爾比，稱取鉺和鋅，混合均勻制得原料；
[0034]步驟2,將原料置于Ta金屬管內(nèi)，對(duì)Ta金屬管抽真空至壓力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.85個(gè)大氣壓的氬氣，然后將Ta金屬管封閉；[〇〇35]步驟3，將封閉的Ta金屬管，置入感應(yīng)熔煉爐，以°C/min的升溫速率，升溫至950°C，保溫2min;[〇〇36]步驟4，經(jīng)過(guò)升溫保溫后的Ta金屬管，降溫至620°C后保溫2h;然后自然冷卻至常溫，然后自然冷卻至常溫；
[0037]步驟 5:[〇〇38](1)將Ta金屬管內(nèi)的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷壓成型制得坯塊;其中，冷壓成型的壓力為32Mpa;壓制時(shí)間時(shí)間為8min。
[0039](2)將坯塊封入真空石英管中，在570°C，退火2天，冰水中快淬制得成品。
[0040]本實(shí)施例制備的的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，在5?30K溫度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。[0〇41 ]—種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，化學(xué)通式為:Er-Zn，按原子比，Er:Zn =1:1.4,所述鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩爾比，ErZn和ErZn2 = 2:1〇[〇〇42] 實(shí)施例3[〇〇43]一種鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0044]步驟1，按鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的摩爾比，稱取鉺和鋅，混合均勻制得原料；
[0045]步驟2,將原料置于Ta金屬管內(nèi)，對(duì)Ta金屬管抽真空至壓力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.8個(gè)大氣壓的氬氣，然后將Ta金屬管封閉；
[0046]步驟3，將封閉的Ta金屬管，置入感應(yīng)熔煉爐，以2.5 °C/min的升溫速率，升溫至900 °C，保溫3min;[〇〇47]步驟4,經(jīng)過(guò)升溫保溫后的Ta金屬管，降溫至600°C后保溫2?4h;然后自然冷卻至常溫，然后自然冷卻至常溫；
[0048]步驟 5:
[0049](1)將Ta金屬管內(nèi)的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷壓成型制得坯塊;其中，冷壓成型的壓力為30Mpa;壓制時(shí)間時(shí)間為1 Omin。
[0050](2)將坯塊封入真空石英管中，在550°C，退火2.5天，冰水中快淬制得成品。[〇〇511本實(shí)施例制備的的鉺鋅(Er-Zn)基復(fù)合低溫磁制冷材料，在5?30K溫度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，其特征在于，化學(xué)通式為:Er-Zn，按原子比，Er: Zn =1: (1.2?1.6)，所述鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩爾比，ErZn 和ErZn2 = (4?2): (1?3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料，其特征在于，該材料在5?30K溫 度范圍內(nèi)具有桌面型磁熱效應(yīng)。3.權(quán)利要求1所述的鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟:步驟1，按鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的摩爾比，稱取鉺和鋅，混合均勻制得原料；步驟2,將原料置于Ta金屬管內(nèi)，對(duì)Ta金屬管抽真空至壓力小于等于1 X l(T2Pa后，充入 0.78?0.85個(gè)大氣壓的惰性氣體，然后將Ta金屬管封閉；步驟3，將封閉的Ta金屬管，置入感應(yīng)熔煉爐，以2?3 °C/min的升溫速率，升溫至800? 950°(:，保溫2?51^11;步驟4，經(jīng)過(guò)升溫保溫后的Ta金屬管，降溫至580?620°C后保溫2?4h;然后自然冷卻至 常溫；步驟5:(1)將Ta金屬管內(nèi)的物料取出，研磨至平均粒度小于等于lOOwii，冷壓成型制得坯塊；(2)將坯塊封入真空石英管中，在530?570°C，退火2?3天，冰水中快淬制得成品。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，其特征在于，所述步 驟2中，惰性氣體為氬氣。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉺鋅基復(fù)合低溫磁制冷材料的制備方法，其特征在于，冷壓成 型的壓力為28?32Mpa;壓制時(shí)間時(shí)間為8?12min。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK105957670SQ201610281751
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】李領(lǐng)偉, 袁冶, 祁陽(yáng), 周生強(qiáng)
【申請(qǐng)人】東北大學(xué)