[发明专利]一种不含Fe、Co、Ni的非晶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种不含Fe、Co、Ni的非晶复合材料，化学式为(Er_0.5Cu_0.5)_100‑xAl_x，其中，10≤x≤20。本发明还提供了所述的非晶复合材料的制备方法，包括步骤：(1)将金属Er、Cu和Al按比例放入电弧炉中，熔炼均匀，冷却后得到母合金铸锭；(2)将所述母合金铸锭重新熔化为母合金熔体，将母合金熔体喷射到旋转的铜辊表面、骤冷，得到条带状非晶复合材料。本发明还公开了所述的非晶复合材料作为磁制冷工质材料的应用。本发明的非晶复合材料由于不含有Fe、Co、Ni等与Er具有强反铁磁耦合作用的元素，使其具有更为优异的磁热性能，能以较少的稀土元素实现较大的磁热效应，同时节约了材料成本。

技术领域

本发明涉及磁制冷材料技术领域，具体涉及一种不含Fe、Co、Ni的非晶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

制冷技术在人类生活生产中具有广泛的应用。当前，传统制冷技术是以气体的压缩/膨胀为工作原理，所使用的制冷剂为被称作“氟利昂”或“氟氯烃”的物质。这类物质进入到大气中会破坏大气臭氧层，会进一步恶化全球温室效应，对人类的生活甚至生存产生极大的危害。目前，全球范围内已达成广泛共识，传统制冷技术所使用的制冷剂将被逐步减少，直至最终停止使用。在上述背景下，亟需研发传统制冷工质和制冷技术替代材料和替代技术。

磁热效应材料和磁制冷技术为制冷提供了一种新的思路和替代方案。与传统蒸汽压缩式制冷相比，磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，对臭氧层无破坏作用，无温室效应。磁性材料的磁熵密度比蒸汽大，且无蒸发压力，这使得磁制冷装置更加紧凑且安全系数更高。磁制冷采用的运动部件少且运行频率低，因此机械振动及相应的噪声很小,可靠性高,寿命长。在效率方面，磁制冷比传统蒸汽压缩式制冷高20％～30％。在磁制冷材料研究领域，包括美国、中国、俄罗斯、日本等在内的科研机构先后开发出了一大批性能优异的磁制冷材料，如Gd-Si-Ge系列、La-Fe-Si系列、Mn-As系列、Mn-Fe-P-As系列、Ni-Mn-T系列等。

近些年，由于非晶材料在作为磁制冷材料应用方面具备自己独特的优势，逐渐开始引起人们的关注。稀土基非晶合金作为磁制冷材料具备如下独特优势：首先，在冻结温度附近有大的磁熵变；其次，得益于非晶态合金的无序结构，磁熵变峰较宽，导致其制冷效率(RC)大过很多晶态材料，因而在埃里克森循环应用中颇具魅力；再者，无序对电子散射增大了电阻，减小了涡流损耗，提高使用效率；还有，在冻结温度附近及以上温度磁滞很小，在整个温区几乎没有磁滞。研究已经证实现有稀土基非晶合金在2～150K温区内拥有很好的制冷能力，不仅是基础研究的理想对象，而且拥有很好的应用前景。

但是，现有的稀土基非晶合金基本都含有Fe、Co、Ni三种元素，这三种元素与稀土元素至今有很强的反铁磁耦合，进而导致其磁热性能降低。公开号为CN 106978576 A的专利说明书公开了一种不含Fe、Co、Ni的Er₆₀Cu₂₀Al₂₀非晶低温磁制冷材料，纵观其公开内容可知，该专利技术的设计理念是基于传统高稀土含量的ErNiAl和ErCoAl体系，采用Cu原子对Co原子、Ni原子的简单替代从而得到高稀土含量的ErCuAl体系。上述专利技术公开的Er₆₀Cu₂₀Al₂₀非晶低温磁制冷材料稀土含量高(原子百分比≥56％)，导致其成本偏高，限制了其实际应用。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明基于具有优异磁热效应的ErCu相，结合ErCu二元合金相图，通过添加Al，在Er、Cu共晶点附近开发了不含有Fe、Co、Ni的低Er含量(原子百分比≤45％)且磁热性能优异的ErCu基非晶复合材料。由于Er和Cu之间的反铁磁耦合非常弱，因此该非晶复合材料具有更为优异的磁热性能。