[发明专利]一种具有低热滞的锰铁基磁制冷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于制冷技术领域，公开了一种具有低热滞的锰铁基磁制冷材料及其制备方法和应用，所述具有低热滞的锰铁基磁制冷材料由硬磁粉和含有锰、铁的混合粉末烧结制作而成；所述硬磁粉由钕铁硼、钐钴、钐铁氮硬磁体中的一种或几种构成；所述混合粉末的摩尔配比满足化学通式Mn_xFe_y‑xP_aSi_b，其中，x的范围为：0.9≤x≤1.3；y的范围为：1.9≤y≤2；a的范围为：0.15≤a≤0.75；a、b满足条件a+b＝1。本发明通过向含有锰、铁的混合材料中加入硬磁粉，制备得到了具有低热滞、高致密度的块体材料，硬磁粉的加入有效改变了磁制冷材料的相变温度和热滞，制备出具有低热滞、大磁热效应、高致密度的块状材料，有利于应用于室温磁制冷技术领域。

技术领域

本发明属于制冷技术领域，具体涉及一种具有低热滞的锰铁基磁制冷材料，以及该种具有低热滞的锰铁基磁制冷材料的制备方法和应用。

背景技术

制冷已经成为当今社会活动中不可缺少的一部分，目前，人们主要采用气体膨胀/压缩的制冷方式实现制冷目的。但这种制冷技术存在很多缺点，例如，制冷效率低、能耗高、对环境有污染等等。

磁制冷是一种利用磁性材料在外磁场作用下发生无序-有序磁相变而引起材料本身温度变化(即磁热效应)达到制冷目的的新技术。当磁性工质被绝热磁化时，温度升高，并向外界放出热量；当磁性工质被绝热退磁时，温度降低，并从外界吸收热量，实现制冷目的。与传统的气体膨胀/压缩式制冷技术相比，磁制冷技术具有以下优点：(1)不使用氟利昂和氨等制冷剂从而对环境无污染；(2)不使用压缩机，能耗低、噪音小；(3)使用固体磁制冷工质，效率高、持久耐用。因此，近年来磁制冷技术备受关注。

实现磁制冷技术的关键是寻找在低磁场条件下具有大磁热效应和低热滞的磁制冷材料。近年来，人们研究开发了具有巨磁热效应特点的一些材料，如Gd₅(Si,Ge)₄、MnAs、La(Fe,Si)₁₃、(Mn,Fe)₂(P,As)等。这些材料的巨磁热效应都源于材料发生的一级磁-结构耦合相变，并伴随着较窄的相变温区和较大的相变热滞。与之对应的是二级相变材料，如金属Gd及其合金，其虽然具有较低的磁热效应，但是具有较宽的相变温区且无热滞存在。因此，研发具有较小热滞的一级相变磁性材料不仅可以获得较大的磁热效应，而且还可获得较宽的相变温区，非常有利于提高磁制冷效率。

Fe₂P型锰铁磷硅锗硼化合物在室温附近具有巨磁热效应，其相变温度在较大温度范围内可调，而且制备原材料便宜，是具有应用前景的室温磁制冷材料。然而，锰铁磷硅锗硼化合物发生一级相变时伴随着较大的热滞，这极大地降低了其有效制冷能力，限制了其在实际中的应用。

我们在研究中发现，在锰铁磷硅锗硼化合物中添加一定量的硬磁粉可以有效地减小化合物的热滞，所得材料可应用于室温磁制冷技术中。

发明内容

本发明的目的的一个方面是提供一种具有低热滞、大磁热效应、高致密度的锰铁基磁制冷材料。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种具有低热滞的锰铁基磁制冷材料，所述具有低热滞的锰铁基磁制冷材料由硬磁粉和含有锰、铁的混合粉末烧结制作而成；所述混合粉末的摩尔配比满足化学通式Mn_xFe_y-xP_aSi_b，其中，x的范围为：0.9≤x≤1.3；y的范围为：1.9≤y≤2；a的范围为：0.15≤a≤0.75；a、b满足条件a+b＝1。

在本发明的一些实施方案中，所述混合粉末与所述硬磁粉的质量比为2-99.9:1。

在进一步的实施方案中，所述混合粉末与所述硬磁粉的质量比为7:3-99:1。