[发明专利]一种含钆、铋和锑的合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种含钆、铋和锑的合金材料及其制备方法。

技术背景

磁制冷是通过磁制冷材料的磁热效应(Magnetocaloric Effect，MCE)，达到制冷的效果。磁制冷材料等温磁化时，其磁矩排列有序化，从而磁熵减少，工质向外界放出热量；而绝热退磁时，其磁矩排列又趋于无序状态，从而磁熵增大，工质从外界吸收热量，通过热交换使周围环境的温度降低。

磁制冷材料性能优良有几个标准：(1)居里温度在室温附近；(2)具有较大的磁熵变；(3)有良好的热稳定性。磁制冷工质的选择，是决定磁制冷技术能否被广泛应用的基础。

到目前为止，几乎所有的磁制冷样机使用的磁致冷工质均为钆。针对量大面广的近室温制冷装置，大力开发具有巨磁热效应得磁制冷材料，已成为当前磁制冷材料领域研究的热点。

磁熵变和居里温度是反应磁制冷材料性能的重要指标，提高磁熵变和居里温度对于磁制冷商业化应用具有举足轻重的作用。Gd₄(Bi_xSb_1-x)₃合金是同时具有较好的磁热效应和较高居里温度的磁制冷材料。Niu等人在题为《Crystallography，magnetic properties and magnetocaloric effect inGd₄(Bi_xSb_1-x)₃ alloys》(X.J.Niu等，Journal of Magnetism and MagneticMaterials，234(2001)193-206)的文章中对Gd₄(Bi_xSb_1-x)₃(x＝0、0.25、0.5、0.75、1)系室温磁制冷材料的晶体结构、磁制冷性能进行了系统的介绍。研究表明，如图7所示，Gd₄(Bi_xSb_1-x)₃的居里温度△T_ad随Bi:Sb值的增加而增加，而最大磁熵变△S_M则随着Bi:Sb值的增加而减小，因而不能同时获得高居里温度和高最大磁熵变。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不能同时提高Gd₄(Bi_xSb_1-x)₃合金的最大磁熵变和居里温度，提供一种可用作室温磁制冷材料的含钆、铋和锑的合金材料及其制备方法，该含钆、铋和锑的合金材料同时具有高的最大磁熵变和居里温度。

本发明提供了一种含钆、铋和锑的合金材料，其中，该合金材料具有如式(1)所示的组成：

Gd₄(Bi_xSb_yP_z)₃      式(1)

其中，x、y和z分别为摩尔百分数，x+y+z＝1，x：y＝1：0.8-1.2，0<z≤0.2。

本发明提供了所述合金材料的制备方法，该方法包括将锑-磷合金、钆、铋和锑在惰性气体保护下熔炼，将得到的熔炼产物进行退火处理，其中，锑-磷合金、钆、铋和锑的用量使制得的合金满足如下式(1)表示的各组分的比例：

Gd₄(Bi_xSb_yP_z)₃      式(1)

其中，x、y和z分别为摩尔百分数，x+y+z＝1，x：y＝1：0.8-1.2，0<z≤0.2。

本发明提供的合金材料同时具有高的最大磁熵变和居里温度。

附图说明

图1为Gd₄(Bi_xSb_yP_z)₃(z＝0、0.02、0.04、0.08)系合金的XRD图谱；

图2为合金样品BHJ1在不同温度下的磁矩-磁场强度曲线；

图3为合金样品HJ1在不同温度下的磁矩-磁场强度曲线；

图4为合金样品HJ2在不同温度下的磁矩-磁场强度曲线；

图5为合金样品HJ3在不同温度下的磁矩-磁场强度曲线；

图6为合金样品HJ1、HJ2、HJ3和BHJ1的磁矩-温度曲线；