[发明专利]一种复合磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合磁制冷材料及其制备方法，由具有不同粒度的金属Gd粉和长度小于76μm的Gd65Mn25Si10非晶薄片及少量圆球状低熔点金属Sn粉末均匀混合后，经温压成型制成Gd‑Gd65Mn25Si10复合磁制冷材料，所述金属Gd粉和Gd65Mn25Si10非晶薄片的重量比为3:7。本发明制得的块体复合材料具有致密度高、力学性能优异的特点，可保证其具有良好的导热和磁热性能。复合材料Gd‑Gd65Mn25Si10在温度间隔88K(199‑287K)保持有最大磁熵变值～2.92J/(kg K)(0‑5T)不变的平台区，适合于在室温区磁埃里克森循环的应用。

技术领域

本发明涉及一种金属Gd和Gd65Mn25Si10非晶合金复合的磁制冷材料，尤其涉及采用温压成型方法制备出的具有大磁熵变平台及大制冷能力的块体复合磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

相对于目前普遍采用的气体压缩式制冷技术，磁制冷技术由于具有高效节能、绿色环保、体积小、寿命长和安全可靠的优势已成为未来最具应用前景的制冷技术。磁热效应是磁性材料的一种固有特性，它是由于外磁场的变化引起材料本身磁熵的改变并伴随着热量的释放和吸收。磁制冷技术就是利用材料的磁热效应来达到制冷目的的技术，即利用磁工质在外场作用下吸热和放热的交替过程并通过热力学循环实现换热来达到制冷的目的。在磁制冷机热力学循环中，埃里克森循环(Ericsson cycle)是一个非常重要的循环，由两个等温过程和两个等磁场过程组成，不仅可以实现从低温端吸热，高温端放热，从而产生较大温差，而且可以克服大的晶格熵所产生的热负载。在高温制冷温区(>20K)，卡诺循环(Carnot cycle)不再适合，而要采用埃里克森循环以降低晶格熵带来的影响。埃里克森循环要求工质在循环过程中保持回热平衡，这就要求作为制冷工质的磁制冷材料的磁熵变与温度的关系曲线具有近似平台状的特征。因此，从应用角度而言，具有平台状磁熵变的磁制冷材料对高温区尤其是近室温区磁制冷机的设计与应用具有重要意义。

Gd在稀土元素中具有最大的磁矩，并且金属Gd的居里温度(TC≈293K)在室温附近，是理想的室温磁制冷材料。1976年，Brown等人采用金属Gd作为磁制冷材料，首次实现了室温磁制冷。到目前为止，金属Gd作为典型的室温磁制冷材料被大多数室温磁制冷样机用作磁制冷工质。近年来，研究较多的非晶态磁制冷材料在其磁转变温度附近只发生磁结构转变，而没有相结构转变，几乎无磁滞和热滞损失，非常有利于提高磁制冷效率，这也成为非晶磁制冷材料作为磁制冷工质的一大优势。为获得具有磁熵变平台的磁制冷材料，可将两种或多种居里温度比较靠近的材料复合以得到具有连续多个磁相变点的复合磁制冷材料，从而有望获得具有近似平台状的磁熵变曲线。但目前大多复合磁制冷材料并未获得近室温区的磁熵变平台。

发明内容