[发明专利]一种镧铁硅基室温磁致冷成型材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁致冷材料领域，特别涉及一种镧铁硅基室温磁制冷成型材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步和人们生活水平的不断提高，传统的制冷方式也逐渐暴露出其缺点和不足，尤其是限制破坏臭氧层物质和温室效应气体相关协定的出台，对蒸汽压缩式制冷方式提出了严峻的考验。磁致冷作为一种新型的制冷方式，有着广阔的发展前景。近年来磁致冷技术迅速发展，新的磁致冷材料的研究开发也十分活跃。磁致冷材料主要的包括重稀土及其合金、稀土-过渡金属化合物、过渡金属及其化合物、钙钛矿氧化物。与其他拥有巨磁效应的合金相比，镧铁硅基室温磁制冷材料原材料价格低廉、不含贵重金属元素，室温附近具有大磁熵变，且相变温度在大的范围内连续可调，具有很大的应用前景。由于大部分镧铁硅基磁制冷材料的居里温度在200K左右，远远低于室温温度，需要对其居里温度进行调节才能直接应用于室温环境。将镧铁硅基材料破碎成粉末后进行氢化处理是目前最有效的调节其居里温度的方式。但由于镧铁硅基材料为金属间化合物，破碎后的粉末难于成型，粉末经氢化处理后脆性增大，从而进一步提高了成型的难度。目前磁致冷材料的成型方式主要包括包覆轧制、有机粘接剂粘接成型和选择性熔炼等。为了提高磁制冷材料的工作效率，材料本身应具有优良的导热性能、足够的磁热效应、良好的机械行性能和防腐性能。但目前这些成型方式均会影响材料本身的磁热效应、降低导热效率和机械性能。包覆轧制是通过使铜管变形来包覆磁制冷材料，需要压力很大，这会降低磁制冷材料的磁性能，降低材料的磁热效应，并且该方法对于铜管的厚度要求严格。有机粘结剂成型通常是将磁致冷材料粉末与环氧树脂等有机粘结剂混合，然后进行冷压制成需要形状的材料。由于有机粘接剂导热性很低，使成型出来的材料导热性能降低，影响制冷效率。选择性熔炼得到的成型材料普遍存在着致密度低、强度低，机械性能和导热效率不能满足使用要求等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种镧铁硅基室温磁致冷成型材料及其制备方法，以保持镧铁硅基磁致冷材料本身的磁热效应，同时提高导热效率和机械性能。

本发明所述镧铁硅基室温磁致冷成型材料，以双面翻孔金属带为骨架，所述双面翻孔金属带两面的孔内和孔之间的间隔带均填充满镧铁硅基合金粉末和低熔点金属粘接剂组成的混合料，该混合料与双面翻孔金属带通过压制紧密结合成一体。

上述镧铁硅基室温磁致冷成型材料，其上表面、下表面还可覆盖防腐用金属箔，以提高防腐性，所述金属箔与镧铁硅基合金粉末和低熔点金属粘接剂组成的混合料及双面翻孔金属带紧密结合成一体。

上述镧铁硅基室温磁致冷成型材料，所述低熔点金属粘接剂的质量分数为3％～8％，所述镧铁硅基合金粉末的质量分数为70％～75％，所述双面翻孔金属带的质量分数为17～27％。

上述镧铁硅基室温磁致冷成型材料，所述镧铁硅基合金粉末为La(Fe,Si)₁₃合金粉末、(La，RE)(Fe,Si)₁₃合金粉末、La(Fe,Co,Si)₁₃合金粉末中的一种，所述(La，RE)(Fe,Si)₁₃中RE为Ce、Pr、Nd、Gd、Er稀土元素中的一种；所述低熔点金属粘接剂为锡、镓、铟锡合金中的一种；所述双面翻孔金属带为双面翻孔铜带、双面翻孔铝带、双面翻孔镍带中的一种。

本发明所述铁硅基室温磁致冷成型材料的制备方法，工艺步骤如下：

(1)通过机械破碎、研磨工艺将镧铁硅基合金制备成粉末，过60目筛得到所需的镧铁硅基合金粉末；

(2)将镧铁硅基合金粉末、低熔点金属粘接剂粉末和有机溶剂混合均匀得到糊状的混合料，将所得混合料填充到双面翻孔金属带的孔内和孔之间的间隔带上，然后将填充有所述混合料的双面翻孔金属带干燥除去有机溶剂；所述有机溶剂的用量以能得到糊状的混合料为限，所述低熔点金属粘接剂粉末的质量为低熔点金属粘接剂粉末、镧铁硅基合金粉末、双面翻孔金属带质量之和的3％～8％，所述镧铁硅基合金粉末的质量为低熔点金属粘接剂粉末、镧铁硅基合金粉末、双面翻孔金属带质量之和的70％～75％，所述双面翻孔金属带的质量为低熔点金属粘接剂粉末、镧铁硅基合金粉末、双面翻孔金属带质量之和的17～27％；

(3)将步骤(2)经干燥去除有机溶剂的组合体置于金属模具中，在真空条件下于90～300MP、170～400℃压制10～30min，脱模后得到镧铁硅基室温磁致冷成型材料。