[发明专利]用于磁制冷的稀土-铜-硅材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料，特别涉及一种用于磁制冷的稀土-铜-硅材料及其制备方法。

背景技术

传统气体压缩制冷技术已广泛应用于各行各业，但它存在制冷效率低、能耗大、破坏大气环境等缺点。与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷技术具有高效节能、绿色环保、运行稳定等显著优势，被誉为高新绿色制冷技术。磁制冷是指以磁性材料为制冷工质的一种新型制冷技术，其基本原理是借助于磁制冷材料的磁热效应，即在等温条件下，当磁场强度增加(磁化)时磁制冷材料的磁矩趋于有序排列，磁熵降低，向外界排热；当磁化强度减弱(退磁)时磁矩趋于无序排列，磁熵增加，磁制冷工质从外界吸热，从而达到制冷的目的。

通常，衡量磁制冷材料磁热性能的参数主要是磁熵变和磁制冷能力(即RC，指在一个制冷循环中可传递的热量)。按工作温区划分，磁制冷材料可分为低温(15K以下)、中温(15K-77K)和高温(77K以上)磁制冷材料。其中，目前，低温区磁制冷材料主要包括Gd₃Ga₅O₁₂，Dy₃Al₅O₁₂，GdLiF₄及GdF₃等顺磁物质和RNi₅(R＝Dy，Er)，ErNi₂，RNiAl(R＝Er，Ho)及HoCoAl等稀土金属间化合物，但由于上述磁制冷材料的磁熵变较小，磁制冷能力较低，使其商业应用受到限制。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种大磁熵变，高磁制冷能力的用于磁制冷的稀土-铜-硅材料及其制备方法。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

根据本发明的一个方面，提供一种用于磁制冷的稀土-铜-硅材料，该稀土-铜-硅材料为以下通式的化合物：RCuSi，其中R为Ho、Er、Dy、Tb或Gd。

在上述技术方案中，所述稀土-铜-硅材料具有Ni₂In型六角晶体结构。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于磁制冷的稀土-铜-硅材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按RCuSi化学式称料，将R及Cu、Si原料混合，其中R过量添加2％至4％的原子百分比，式中R为Ho、Er、Dy、Tb或Gd；

步骤2)：将步骤1)配置好的原料放入电弧炉或感应加热炉中，抽真空至3×10^-3Pa以上，用高纯氩清洗并熔炼，熔炼温度在1500℃以上；

步骤3)：将步骤2)熔炼好的料真空退火处理，之后取出快速冷却。

在上述技术方案中，所述步骤2)中抽真空至2×10^-3至3×10^-3Pa之间。

在上述技术方案中，所述步骤2)中的熔炼温度介于1500℃-1700℃之间。

在上述技术方案中，所述步骤3)中在800℃-1000℃的温度范围内真空退火。

在上述技术方案中，所述步骤3)中真空退火5至14天。

在上述技术方案中，所述步骤3)中的快速冷却为淬入液氮或冰水中。

根据本发明的再一个方面，提供一种采用以上所述方法制备的稀土-铜-硅材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.磁熵变显著，磁制冷能力较高，其中HoCuSi的磁熵变高达33.1J/kg·K；

2.具有良好的磁、热可逆性质。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为根据本发明的实施例1的HoCuSi的室温X射线衍射谱线；

图2为根据本发明的实施例1的HoCuSi在低磁场下的热磁曲线；

图3为根据本发明的实施例1的HoCuSi的等温磁化曲线；

图4为根据本发明的实施例1的HoCuSi的等温磁熵变对温度曲线；

图5为根据本发明的实施例2的ErCuSi的室温X射线衍射谱线；

图6为根据本发明的实施例2的ErCuSi在低磁场下的热磁曲线；

图7为根据本发明的实施例2的ErCuSi的等温磁化曲线；

图8为根据本发明的实施例2的ErCuSi的等温磁熵变对温度曲线；

图9为根据本发明的实施例3的DyCuSi的室温X射线衍射谱线；

图10为根据本发明的实施例3的DyCuSi在低磁场下的热磁曲线；

图11为根据本发明的实施例3的DyCuSi的等温磁化曲线；