[发明专利]一种LaFeSi基磁制冷材料的高通量制备方法

说明书

本发明公开了一种LaFeSi基磁制冷材料的高通量制备方法。该方法在将原料熔体铸造为合金锭的过程中，采用楔形铜模，因此沿高度方向熔体的冷却速率呈梯度变化，获得具有凝固合金组织梯度化的楔形合金锭，然后进行退火处理，获得的NaZn₁₃型结构的LaFeSi基块体磁制冷材料的磁热效应具有梯度化。优选利用扫描电子显微镜高通量表征同一样品中不同冷却速率获得的显微组织，结合磁热性能测试，获得不同的组织结构、磁热效应、铜模宽度之间的对应关系，可以用于快速筛选所需样品制备参数等。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，具体涉及一种LaFeSi基磁制冷材料的高通量制备方法。

背景技术

随着现代社会的发展，制冷技术在改善人们的生活水平和工作环境等方面起着至关重要的作用。冰箱空调等制冷电器已进入到家家户户，据统计制冷业每年能耗占全社会总能耗15％以上。目前普遍使用的气体压缩制冷技术的最高效率仅为25％，而且具有排放有害气体，噪音大，体积大等缺点。因此探索环境友好，高效节能的新型制冷技术成为当前迫切需要解决的问题。

磁制冷技术是以磁性材料为工作介质，借助于材料本身的磁热效应来制冷的一种绿色制冷技术。与传统的压缩气体膨胀制冷技术相比，磁制冷技术具有如下优点：(1)不使用氟利昂、氨等制冷剂，无环境污染；(2)磁制冷材料为固态，其熵密度远大于气体，制冷效率高；(3)利用磁热效应制冷，无需大幅度的气体压缩运动，避免了额外的能源消耗，同时制冷机体积较小、运行平稳可靠。因而该制冷技术得到全世界的广泛关注。

近年来，中国、美国、荷兰、日本等发现了几类在室温范围具有巨磁热效应的材料，如：Gd-Si-Ge,Ni-Mn-Ga,Mn-Fe-P-As,MnAs,La(Fe,Si)₁₃等合金系。这些材料共同特点是磁相变伴随着显著的晶体结构的变化，其磁热效应明显高于传统磁制冷材料Gd。在这些新型磁制冷材料中，NaZn₁₃型结构的La(Fe,Si)₁₃化合物因其无毒、滞后小、相变驱动场低、原材料价格低廉、居里温度易调节等优势成为最受重视磁热效应材料之一。

目前世界范围内诸多实验室的磁制冷样机已使用La(Fe,Si)₁₃基材料作为磁工质。可以说，La(Fe,Si)₁₃磁制冷材料已经展现出极大的应用前景，但是形成单一的块体NaZn₁₃型结构La(Fe,Si)₁₃化合物需要高温退火七天甚至数周，不但浪费能源，而且生产周期超长，这极大地制约了其工业应用。

一些研究指出快速凝固工艺可以缩短La(Fe,Si)₁₃磁制冷材料的制备周期，但对于冷却速率的研究仅限于在固定的凝固条件下的研究，即，对一种固定的冷却环境下的凝固进行一次研究，但是这种一次一炉的制备方法效率低下，而且不同熔炼环境下的熔体元素挥发也不同，容易造成对比结果不可靠。因此，如何高效地、高通量地在同一个样品中获得不同合金组织与性能的制备方法成为当前亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的技术目的在于提供一种LaFeSi基磁制冷材料的高通量制备方法，利用该方法制得的LaFeSi基磁制冷材料的凝固微观组织与磁热效应具有梯度化。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：一种LaFeSi基磁制冷材料的高通量制备方法，所述LaFeSi基磁制冷材料具有NaZn₁₃型结构相，所述制备方法包括如下步骤：

(1)依据所述LaFeSi基磁制冷材料的化学式配置原料；

(2)采用熔体铸造，获得成分均匀的合金锭；

(3)对所述合金锭进行退火处理，获得包含NaZn₁₃型结构的LaFeSi基块体磁制冷材料；

其特征是：所述的步骤(2)中，采用楔形铜模，得到楔形合金锭。