[发明专利]包含锰、铁、硅、磷和氮的磁热材料

说明书

本发明涉及包含锰、铁、硅、磷、氮和任选的硼的磁热材料。

本发明涉及包含锰、铁、硅、磷、氮和任选的硼的磁热材料，制备所述磁热材料的方法，所述磁热材料在选自冷却系统、热交换器、热泵、热磁发电机和热磁开关的设备中的用途，以及包含至少一种本发明磁热材料的相应设备。

磁热材料是显示出磁热效应的材料，即通过将所述材料暴露于变化的外部磁场而引起温度变化。在磁热材料的居里温度附近的环境温度下将外部磁场施加到所述磁热材料将导致磁热材料的随机排列的磁矩排列并因此导致磁相变，这也可描述为所述材料的居里温度的感应增加高于所述环境温度。这种磁相变意味着磁熵损失，并且在绝热条件下导致通过声子产生增加磁热材料的晶格的熵贡献。因此，施加外部磁场的结果是发生磁热材料的加热。

在磁热效应的工业应用中，所产生的热量通过热传递到呈传热介质(例如水)形式的散热器而从磁热材料中移除。随后的外部磁场的移除可描述为居里温度降回至低于环境温度，并且由此允许磁矩恢复到随机取向。这导致磁熵增加和磁热材料本身的晶格的熵贡献降低，并且因此在绝热工艺条件下导致磁热材料冷却至低于环境温度。所描述的包括磁化和退磁的工艺循环通常在工业应用中周期性地实施。

一类重要的磁热材料是含有锰、铁、硅和磷的化合物。该类材料及其制备方法泛泛地描述在WO 2004/068512中。US 2011/0167837和US 2011/0220838公开了由锰、铁、硅和磷组成的磁热材料。WO 2015/018610、WO 2015/018705和WO 2015/018678公开了由锰、铁、硅、磷和硼组成的磁热材料。

WO 2009/133047A2尤其公开了选自式(I)化合物的磁热材料：

(A_yB_1-y)_2+δC_wD_xEz (I)，

其中：

A为Mn或Co，

B为Fe、Cr或Ni，

C、D和E具有非零浓度并且选自P、B、Se、Ge、Ga、Si、Sn、N、As和Sb，其中C、D和E中的至少两个不同，并且C、D和E中的至少一个为Ge或Si，

δ为-0.1至0.1的数，并且

w、x、y、z为0-1的数，其中w+x+z＝1。

相关的现有技术还有：

-W.B.Cui等：“Interstitial-nitrogen effect on phase transition andmagnetocaloric effect in Mn(As,Si)(invited)”，JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，第107卷第9期，2010年5月3日，第A938-9A938页；

-F.Guillou等：“Taming the First-Order Transition in GiantMagnetocaloric Materials”，ADVANCED MATERIALS，第26卷第17期，2014年5月22日，第2671-2675页；

-F.Guillou等：“Boron addition in MnFe(P,Si)magnetocaloric material：interstitial vs.substitutional scenarii”PHYSICA STATUS SOLIDI C，第11卷第5-6期，2014年5月27日，第1007-1010页；