[发明专利]兼具大非晶形成能力与高磁热效应的Gd基块体非晶合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料中的磁致冷合金技术领域，具体涉及一种兼具大非晶形成能力与高磁热效应的Gd基块体非晶合金及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人们节能环保意识的不断增强，传统的氟利昂压缩制冷面临困境。磁制冷技术由于具有高效节能、绿色环保的优点受到世界众多研究人员的广泛关注，其工作原理是利用材料的磁热效应实现制冷。

磁热效应是很多磁性材料的固有性质，它是磁熵和晶格熵之间发生磁热耦合的结果。当磁场作用到工质上时，磁矩沿外磁场方向择优取向，因此工质的有序度增加、磁熵减少并向外界排热。然而，等温条件下随着磁场强度的减少，工质的磁矩又趋于无序，因此熵增加并从外界吸热。

在过去的几十年中，在全世界范围的磁致冷技术领域，磁致冷材料取得了可喜的进展，其中很多磁致冷材料正逐步在磁制冷方面扮演着重要角色。一些典型晶态磁致冷材料，如Gd₅(Si_1-xGe_x)₄,MnFe(P_1-xAs_x),La（Fe_13-xSi_x）等都具有巨磁热效应，表现出很大的磁熵变值。但是，由于其磁热效应来源于一级相变，因此其磁热效应一般均伴随有很大的磁滞和热滞，这会降低能量的利用效率。

相比较而言，大多数的非晶磁致冷材料虽然并不具有巨磁热效应，但是因为其磁热效应是由二级相变引起的，因此磁滞和热滞基本上都为零。除此之外，非晶磁致冷材料还具有高电阻率、小涡流、可调的相转变温度、良好的机械性能和抗腐蚀性能，很好地满足了磁致冷工质的选择标准（例如，近乎零磁滞，小的热滞，小的比热和大的热导，大的电阻，高的化学稳定性和简单的样品合成途径等）。这些独特的特点使非晶磁致冷材料在磁热效应的研究中具有很大的优势。

近年来，具有大非晶形成能力和可观磁热效应的稀土基块体非晶合金在基础研究和工程应用方面均引起了人们越来越多的关注。这类材料具有较低的玻璃转化温度并且在过冷液相区具备超塑性，该性质使得稀土基块体非晶合金在磁热效应研究中具有独特的优势，一系列的稀土基块体非晶合金也被相继被开发出来，例如J.Du等人在Large magnetocaloric effect and enhanced magnetic refrigerationin ternary Gd-based bulk metallic glasses,Journal of Applied Physics,vol.103,2008中报道的直径为2mm的Gd₅₅Ni₂₅Al₂₀和Gd₅₅Co₂₀Al₂₅块体非晶；L.Liang等人在Large magnetocaloric effect in Gd₃₆Y₂₀Al₂₄Co₂₀ bulk metallic glass,Journal ofAlloys and Compounds,vol.457,pp.541-544,2008.中报道的直径为2mm的Gd₃₆Y₂₀Al₂₄Co₂₀块体非晶。研究表明，这些稀土基块体非晶磁致冷合金的磁熵值并不低于一些典型的晶体磁致冷材料，与此同时，非晶长程无序、短程有序的结构特点使得这一类材料具有远宽于晶态磁致冷材料的制冷温区，这决定了它们具有很高的制冷效率。

但是，上述稀土基块体非晶磁致冷合金的非晶形成能力一般都不够理想，很大地限制了其应用。因此，制备出兼具有大非晶形成能力与高磁热效应的稀土基块体非晶合金是目前科技工作者的攻关重要课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，提供一种兼具大非晶形成能力与高磁热效应的Gd基块体非晶合金。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种兼具大非晶形成能力与高磁热效应的Gd基块体非晶合金，其分子式为Gd_aNi_bAl_cM_d，其中M为B、Si、C、P中的一种或多种，a、b、c、d分别为对应元素的原子含量，并且满足50≤a≤60，10≤b≤40，10≤c≤40，0≤d≤10，a+b+c+d=100。

作为优选，15≤b≤30。

作为优选，15≤c≤30。