[发明专利]室温磁制冷工质材料Y2Fe17的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种室温磁制冷工质材料Y₂Fe₁₇的制备方法，属特殊合金材料制备及磁性处理技术领域。

背景技术

自2000年起蒙特利尔协议生效，污染大气环境及破坏大气臭氧层的氟里昂制冷剂将逐渐被禁用，新的气体制冷剂相继问世并已进入商品化生产(如HFC-134a已经可以大量生产并投放市场)。但这些气体会带来温室效应和价格昂贵等问题，而且气体压缩制冷机的卡诺循环效率已接近其技术极限，传统的制冷工业面临困境。磁制冷技术由于其效率高，无污染而被世人关注。磁制冷是具有(巨)磁热效应的材料作为制冷工质，利用通过外加磁场而使磁工质的磁矩发生有序、无序的变化(相变)引起磁体吸热和放热作用而进行制冷循环。与气体压缩制冷相比，磁制冷具有熵密高、体积小、结构简单、噪音小、效率高及功耗低等优势备受关注。

目前在超低温(4～10K)领域磁制冷机的开发方面已取得了实质性进展，并已接近实用阶段。但是可用于一般冷库、家用电冰箱等从室温附近范围内的磁制冷机却还有许多技术难题有待解决。其关键问题之一就是构成磁制冷机的工作体磁性材料的制冷能力问题。在室温领域磁性材料的晶格熵比磁熵大得多，磁自旋系统的热骚动能量增大，要得到充分冷冻的熵变化，就必须要有很高的外磁场，以克服磁自旋系统的热骚动，但日前永久磁铁的磁场强度最高仅为1.5T。从理论上讲，选用磁化强度高，磁热效应大，居里温度范围宽的铁磁材料，可以获得较大的磁熵。基于这种理论，通过对稀土化合物的物性分析计算，设计出了的铁磁材料，通过对比测试与分析，发现R₂Fe₁₇(R-稀土元素)的制冷效果可达到与Gd接近，但价格仅为Gd的1/3，Y₂Fe₁₇合金的居里温度在室温附近，它的系列合金有希望作为磁制冷材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种室温磁制冷工质材料Y₂Fe₁₇的制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明一种室温磁制冷工质材料Y₂Fe₁₇的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.首先将纯度都为99.9％的Y、Fe以Y₂Fe₁₇化学计量配方，用电弧炉在高纯氩气气氛下熔炼制得合金铸锭，利用真空甩带机将合金铸锭快淬得到微米晶或者纳米晶条带，铜辊转速为10～50m/s；

b.快淬后的条带研磨成粉末，经100～300目筛子过筛后与丙酮一起放入球磨罐中，在高能球磨机中球磨0.5～1.8小时；

c.将上述球磨的Y₂Fe₁₇粉末装于高磁导率材料的模具腔内，在粉末压制前先进行充磁，磁感应强度为0.5～2.0T(特斯拉)；

d.然后将该粉末进行压制，该压制装置包括有组合模具、脉冲磁场和油压机。油压机加压，压力为350～650MPa；

e.将压制好的坯料在氩气气氛下烧结，即将真空抽至真空度为2.0～5.0×10^-2Pa时，向真空腔里充氩气、氩气压力为0.04MPa时，在700～1200℃烧结1～4小时，使坯料致密化；

f.在氩气气氛下热处理，即将真空抽至真空度为2.0～5.0×10^-2Pa时，向真空腔里充氩气、氩气压力为0.04MPa时，在400～800℃热处理1～4小时，制得室温磁制冷Y₂Fe₁₇工质材料。

本发明是将室温制冷工质材料Y₂Fe₁₇在压制纳米晶粉末前先作磁场取向处理，以提高材料内部的磁畴与磁矩在外加磁场变化下有序无序排列的效率，从而提高其制冷与制热的效率。

本发明方法的特点如下所述：