[发明专利]用于磁致冷的磁性材料

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2006年3月27日提交的在先日本专利申请No.2006-086421的优先权，其整体内容在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及用于磁致冷的磁性材料。

背景技术

大多数用于室温区的致冷技术例如冰箱、冷冻柜和空调采用压缩气体循环。但是，基于压缩气体循环的致冷技术存在因释放氟利昂气体而对环境造成破坏的问题，人们还关心替代氟利昂气体对环境也有破坏作用。在上述情况下，希望一种能够消除操作气体废气引发的环境问题的清洁高效的致冷技术投入实际使用。

当前，磁致冷逐渐被认为是一种这样的环境友好型高效致冷技术。目前已经研究和开发能够用于室温区的磁致冷技术。磁致冷技术采用磁性材料的磁致热效应，而不是将氟利昂气体或者替代氟利昂气体作为致冷剂来实现致冷循环。特别是，通过利用与磁相变(顺磁性状态和铁磁性状态之间的相变)相关的磁性材料的磁熵变(ΔS)来实现致冷循环。为了实现高效磁致冷，优选采用在室温附近具有高磁致热效应的磁性材料。

作为这种磁性材料，公知有(JP-A 2002-356748和JP-A 2003-096547(KOKAI))例如Gd的单稀土元素、例如Gd-Y合金或Gd-Dy合金的稀土元素合金、Gd₅(Ge，Si)₄基材料、La(Fe，Si)₁₃基材料、Mn-As-Sb基材料等等。磁性材料的磁相变分成两种，包括一级和二级。Gd₅(Ge，Si)₄基材料、La(Fe，Si)₁₃基材料、Mn-As-Sb基材料具有一级磁相变。通过施加低磁场，可以采用这些磁性材料容易地获得大熵变(ΔS)，但是存在操作温度范围窄的实际问题。

例如Gd的稀土金属、例如Gd-Y合金或Gd-Dy合金的稀土元素合金具有二级磁相变，从而它们具有操作温度范围比较宽且熵变(ΔS)比较大的优点。但是，稀土元素本身价格昂贵，这样当采用稀土元素或者稀土元素合金作为磁致冷的磁性材料时，则用于磁致冷的磁性材料的成本将不可避免会增高。

此外，还公知(Ce_1-xY_x)₂Fe₁₇(x＝0至1)基磁性材料具有二级磁相变。和稀土元素及稀土元素合金一样，(Ce，Y)₂Fe₁₇基磁性材料能够在比较宽的温度范围下操作，而且它是基于廉价铁的物质，因此制得的用于磁致冷的磁性材料的成本要低于稀土元素或者稀土元素合金。然而，(Ce，Y)₂Fe₁₇基磁性材料具有高磁各向异性，因此它具有和磁相变相关的磁熵变量(ΔS)低的缺点。

发明内容

根据本发明的一个方面的用于磁致冷的磁性材料具有由以下通式表示的组合物：

(R1_1-yR2_y)_xFe_100-x

(其中，R1是Sm和Er中至少一种，R2是Ce、Pr、Nd、Tb和Dy中的至少一种元素，而x和y是满足4≤x≤20原子％且0.05≤y≤0.95的数值)，并且包括Th₂Zn₁₇晶相、Th₂Ni₁₇晶相或TbCu₇晶相作为主相。

根据本发明的另一个方面的用于磁致冷的磁性材料具有由以下通式表示的组合物：

(R1_1-yX_y)_xFe_100-x

(其中，R是La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Y中的至少一种，X是Ti、Zr和Hf中的至少一种，而x和y是满足4≤x≤20原子％且0.01≤y≤0.9的数值)，并且包括Th₂Ni₁₇晶相或TbCu₇晶相作为主相。

附图说明

图1示出R-Fe基材料中的居里温度和稀土元素R的4f电子轨道。

具体实施方式

下面，将描述本发明的实施例。根据第一实施例的用于磁致冷的磁性材料具有由下面的通式表示的组合物：