[发明专利]用于磁制冷的稀土-钯-铝材料及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁制冷的稀土-钯-铝材料及其制备方法和用途。 

背景技术

现代社会人类生活越来越离不开制冷技术，从人们的日常生活，到工农业生产、国防科技等都离不开制冷技术。目前普遍采用气体压缩制冷技术实现制冷，但传统气体压缩制冷技术也存在能耗大、制冷过程中排放的有害气体破坏大气臭氧层或引起温室效应等问题。所以，探索既节能又环保的新型制冷技术具有十分重要的意义。与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、运行稳定等显著优点，是一种理想的节能环保制冷技术。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性材料在磁场增强、减弱时产生的放热、吸热的物理现象，以达到制冷的目的。 

实现磁制冷的关键是要获得性能优异的磁制冷材料，表征磁制冷材料磁热性能的主要参数是磁熵变（ΔS）和制冷能力（RC），材料的ΔS 和RC越大，制冷效率也就越高。磁制冷材料的磁熵变和制冷能力一般在相变温度附近出现最大值，调控相变温度可以得到在不同温区使用的磁制冷材料。由于低温磁制冷技术是氦气、氢气液化的一种重要手段，因而受到国内外研究机构及产业部门的极大关注。找到相变温度在低温区的高性能磁制冷材料已成为获得实用性氦气、氢气液化技术的关键。材料的相变温度越低、ΔS 和RC越大，就越能容易实现液氦及以下温度的制冷。到目前为止，已发现了不少低温磁制冷材料，如稀土Nd、Er或Tm等以及稀土金属间化合物ErNiAl，GdAl₂，TbNi₅，DyNi₅, ErNi₅，ErNi₂，Gd₂PdSi₃或DySb等材料，但这些材料能适合用作低温磁制冷工质的还较少。对在深冷温区研究发现的磁制冷材料就更少，尤其是还没有获得相变温度在5 K以下又具有大磁热效应的磁制冷材料，使其商业应用受到一定限制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有相变温度低、可逆磁熵变大的稀土-钯-铝磁制冷材料，本发明的另一个目的在于提供所述用于磁制冷的稀土-钯-铝材料的制备方法，本发明的再一个目的在于提供所述用于磁制冷的稀土-钯-铝材料的用途。 

为实现上述目的，本发明一种用于磁制冷的稀土-钯-铝材料，该材料为具有以下通式的化合物：RPdAl，其中R为稀土元素。 

进一步，所述R为Tb、Dy、Ho或Er元素中的任意一种，或者R为Tb元素与Gd、Dy、Ho、Dy元素中任意一种的组合，或者R为Dy元素与Gd、Tb、Ho、Er元素中任意一种的组合，或者R为Ho元素与Gd、Tb、Dy、Er元素中任意一种的组合，或者R为Er元素与Gd、Tb、Dy、Ho元素中任意一种的组合。 

进一步，所述材料具有六角ZrNiAl型晶体结构或正交TiNiSi型晶体结构。 

一种上述用于制备稀土-钯-铝磁制冷材料的制备方法，其包括以下步骤： 

1）    称取原料R、Pd和Al并混合；

2）    将配置好的原料放入电弧炉或感应加热炉中，抽真空，用氩气清洗，之后在氩气保护下熔炼；

3）    将熔炼好的物料真空退火处理，之后取出快速冷却。

进一步，所述原料R、Pd和Al的物质的量之比为RPdAl化学式中的原子比。 

进一步，所述R按1~5%的原子比过量添加，更优选地，R按2%的原子比过量添加。 

进一步，所述步骤2）中，所述抽真空达到的压力为3×10^-3Pa或小于3×10^-3Pa，优选为2×10^-3~3×10^-3Pa；所述熔炼的温度为1200?C以上，优选为1200~1500?C；所述熔炼的时间为0.5~10分钟，优选为2~3分钟。 

进一步，所述步骤3）中，所述真空退火的温度为600~1100?C；所述真空退火的时间为1小时~30天，优选为7~10天。 

进一步，所述步骤3）中，所述冷却的方法为淬入液氮或水中。 

在上述技术方案中，当原料经步骤2）熔炼后，材料已具有六角ZrNiAl型晶体结构的单相化合物，所述步骤3）可以省略。