[发明专利]一种Gd基磁制冷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，特别涉及一种Gd（钆）基非晶及其化合物的磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

制冷技术在当今世界中起着十分重要的作用。传统压缩制冷氟里昂(Freon)制冷工质对生态环境尤其是对大气臭氧层造成的破坏日趋严重，威胁到人类自身的生存与安全，加之气体压缩制冷效率低、能耗大，使传统压缩制冷技术面临困境。与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷技术以固体磁性材料为工质，借助磁性材料的磁卡效应实现制冷，不使用氟利昂和压缩机，具有体积小、可靠性高、高效节能和无环境污染等一系列优点，被认为是最有前途的绿色制冷技术。

磁制冷材料的研究主要集中在重稀土及其合金，Gd₅(Ge,Si)₄系列，La(Fe,Si)₁₃系列，MnAs基合金系列，Ni₂MnGa合金系列，稀土-过渡金属化合物，钙钛矿型化合物等几个方面。这些化合物制冷性能各有优缺点。近年来，非晶磁致冷材料成为研究的热点，非晶磁致冷材料主要集中于稀土基、过渡金属基合金等材料。稀土元素磁矩很高，有利于产生大的磁熵变，但居里温度偏低，过渡族金属与稀土元素相结合，可能使得居里温度接近室温同时又保持大的磁熵变。

无论是稀土类还是3d过渡族金属基非晶类合金材料，其磁熵变随着温度的变化非常缓慢，即磁熵变的峰型较宽，从埃里克森（Ericsson）型磁致冷材料的观点看，宽的温度范围是非常有用的，加上非晶合金具有的耐蚀性、抗氧化性、优良的机械性能，制备工艺简单，软磁特性好，因此非晶类磁致冷材料将是非常有竞争力的一类磁制冷材料。

非晶合金成份一般都取在体系的共晶点附近，但实际上只要有足够的冷却速度，偏离共晶点的成份或者一些化合物仍然有可能形成非晶。

在居里温度附近，磁熵变和绝热温变等性能参数会达到最大值，因此制冷温度常常选择在居里温度附近。目前研究的非晶磁致冷材料当中，居里温度基本上都小于200K，比如文献报道的非晶Gd₅₅Al₂₀Co₂₅，其居里温度为112K（S.Lu,M.B.Tang,L.Xia.Excellent magnetocaloric effect of a Gd₅₅Al₂₀Co₂₅ bulk metallic glass[J].Physica B:Condensed Matter.2011,406(18):3398-3401.），从而使得该类材料的应用受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种在某种制备条件下既能形成非晶又能形成化合物、化学性质稳定、具有较大磁热效应的Gd基磁制冷材料。

本发明的另一个目的在于提供上述Gd基磁制冷材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种Gd基磁制冷材料，其化学通式为：Gd₄Co₃B_x，式中0.05≤x≤0.15。

优选地，所述x为0.05、0.10或0.15。

优选地，该材料为Gd基非晶或者Gd基化合物。

优选地，所述Gd基非晶磁制冷材料宽2～3mm，厚1～2μm。

上述磁制冷材料的制备方法，包括下述步骤：

（1）将稀土金属Gd，金属Co和非金属B按如下质量份称重混合：

稀土金属Gd    77.80~78.01份

金属Co        21.88~21.93份

非金属B       0.07～0.20份

（2）将上述混合原料在氩气保护下进行反复熔炼，得到成分均匀的合金铸锭；

（3）将上述合金铸锭在氩气保护下进行熔体快淬，甩带速度为35~60m/s，得到Gd基非晶磁制冷材料。

将所述Gd基非晶磁制冷材料密封在石英管中，抽真空（优选抽真空至10^-3Pa以下），充入氩气,在300℃～350℃条件下5-15分钟热处理，得到Gd基化合物磁制冷材料。

优选地，步骤（2）所述熔炼的条件为于真空电弧炉或感应加热炉中，抽真空至10^-3Pa以下，用氩气清洗炉膛后，再充入氩气（充入低于1个大气压，约0.1MPa）并在其保护下进行。