[发明专利]LaFeSi基磁制冷复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种LaFeSi基磁制冷复合材料及其制备方法与应用。所述LaFeSi基磁制冷复合材料包含功能体组元如LaFeSi基合金颗粒和基体组元如低熔点金属或合金，所述LaFeSi基合金颗粒被所述基体组元粘结包覆形成块体材料；所述LaFeSi基合金颗粒具有NaZn₁₃型结构。本发明采用廉价易得的低熔点金属或合金与LaFeSi基合金颗粒复合热压，通过选择合适的低熔点组分，调整压制压力、热压温度、保压时间等可获得高热导LaFeSi基磁制冷复合材料，其磁熵变与热压前相比降低较少，磁滞后损耗较低，且无热滞后，同时工艺简单易操作，工艺条件相对较为温和，能耗小，成本低，重复性好，能广泛用于磁制冷材料的制备。

技术领域

本发明涉及一种磁制冷材料，特别涉及一种LaFeSi基磁制冷复合材料及其制备方法与应用，属于磁制冷材料领域。

背景技术

近年来，环境保护与节约能源受到人们越来越多的重视。传统气体压缩制冷技术的最高效率仅达到卡诺循环的25％；其中使用的制冷剂氟里昂破坏大气中的臭氧层，引发温室效应。因此，研发新型的低能耗、高效率、对环境无污染的制冷技术显得尤为迫切。

在新型的制冷技术中，磁制冷具有以下的优点：(1)高效节能。磁制冷效率最高可达到卡诺循环的60％；(2)无污染。制冷工质为固体材料，不使用氟利昂、氨及碳氢化合物等制冷剂，避免了泄露和易燃等问题；(3)制冷装置振动及噪声小。制冷工质的熵密度比气体大，制冷装置体积小，而且无需压缩机，结构简单，产生的振动及噪声小。因此，磁制冷作为一种节能环保的制冷技术，已经成为各国的研究热点。

至今已发现的具有磁热效应的材料包括金属Gd、GdSiGe基合金、MnAsSb基合金以及LaFeSi基合金等等。其中，LaFeSi基合金被公认为最有可能普遍用于制冷机的材料。然而，其大规模的应用受制于制备加工技术还不成熟。目前被报道较多的树脂粘接LaFeSi基复合材料，成型之后材料的力学性能虽有提高，由于低热导树脂会影响材料的热导率，即使在树脂中加高热导的银颗粒，粘接之后材料的导热性能也普遍较低，影响磁工质和流体之间的换热，降低了制冷效率，而且树脂的密度极小，一般仅为1～2g/cm³，会明显降低单位体积的磁熵变，不利于装置结构紧凑化(参考CN 104694813A；Applied Physics Letters,104(6):062407，2014；Journal of Magnetism and Magnetic Materials,375:65-73，2015)。因此，能否实现实际应用的关键问题在于如何制备出同时具有高磁熵变、高热导率、高强度的LaFeSi基磁制冷材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种LaFeSi基磁制冷复合材料、其制备方法及应用，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种LaFeSi基磁制冷复合材料，其包含功能体组元和基体组元，所述功能体组元包括LaFeSi基合金颗粒，所述基体组元包括低熔点金属或合金，所述LaFeSi基合金颗粒被所述基体组元粘结形成块体材料；

其中，所述LaFeSi基合金颗粒具有NaZn₁₃型结构，且具有下列化学式：

La_1+x(Fe_1-b-cCo_bMn_c)_13-ySi_yA_a，

或者，La_1±zR_z(Fe_1-b-cCo_bMn_c)_13-ySi_yA_a；