[发明专利]一种锰砷化合物的制备方法

说明书

本发明涉及一种锰砷化合物的制备方法，包括以下步骤：(1)将锰粉和砷粉混合均匀，得到混合料；(2)将步骤(1)得到的混合料放入反应器中，升温至200～400℃，保温1～3h，然后升温至450～800℃，保温3～5h，随炉冷却，即得锰砷化合物。本发明在反应过程中采用两段升温的方法，在氮气或惰性气体保护下将混合均匀的混合料放入管式炉中，控制反应温度和反应时间，即可得到高砷含量且高稳定性的锰砷化合物粉体。该方法成本低廉、操作简单、反应过程易控，不仅能杜绝氧化砷的形成，而且能保证砷含量，极大降低了砷的挥发。

技术领域

本发明涉及一种锰砷化合物的制备方法，属于磁制冷材料技术领域。

背景技术

制冷技术在现代社会中应用非常广泛，涉及到日常生活的各个领域。然而，常用的传统气体制冷技术存在效率低、噪声大等很多缺点，而且制冷工质氟利昂泄漏到大气中会破坏臭氧层，使人类暴露在更强的紫外线下。因此，寻求新型的绿色节能的制冷技术势在必行。与传统的气体压缩/膨胀制冷技术相比，基于磁热效应的磁制冷技术具有高效节能、绿色环保、稳定可靠等优点，此技术的核心原理就是利用磁制冷材料的磁热效应(MCE)。因此，磁制冷研究的主要主题之一是寻找与已知材料相比性能更好的材料。

近几年来，由于锰砷系化合物具有巨磁热效应(GMCE)，且价格低廉、性能稳定，因此受到了研究者们广泛的关注。Gama等人研究了MnAs化合物，其在5T磁场下，室温最大磁熵变为40J/kg·K，当压强达到2.23×10⁸时，化合物的磁熵变值在218K达到了267J/kg·K。

然而，目前锰砷化合物粉体的制备工艺比较繁琐，并且由于砷单质易挥发且易与氧气反应，导致其制备过程不易控制，且容易造成砷缺失，进而制约了锰砷化合物在磁制冷材料中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种锰砷化合物的制备方法，该制备方法成本低廉、操作简单、反应过程易控，不仅能杜绝氧化砷的形成，而且能保证砷含量，极大降低了砷的挥发。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种锰砷化合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将锰粉和砷粉混合均匀，得到混合料；

(2)将步骤(1)得到的混合料放入反应器中，升温至200～400℃，保温1～3h，然后升温至450～800℃，保温3～5h，随炉冷却，即得锰砷化合物。

砷单质易挥发，因此传统单段升温的方法会造成大量的砷损失。为了避免这个问题，本发明在反应过程中采用两段升温的方法，并且其第一阶段的保温温度远低于砷单质的挥发温度。在第一阶段保温过程中，锰粉和砷粉由于接触、粘结开始成核、结晶，初步形成合金，该阶段是在相对低温下进行的，因此砷不会发生挥发。然后进行第二阶段保温，该阶段是在相对高温下进行的，该阶段晶体长大，完全形成合金，由于第一阶段已经初步形成合金，所以该阶段只会造成极少量的砷挥发。因此，本发明的制备方法能在极大程度上降低砷的挥发。

本发明在反应过程中采用两段升温的方法，在氮气或惰性气体保护下将混合均匀的混合料放入管式炉中，控制反应温度和反应时间，即可得到高砷含量且高稳定性的锰砷化合物粉体。

本发明采用不同质量比的锰粉和砷粉，制备得到不同的锰砷化合物，可以为砷化锰、四砷化五锰或二砷化三锰，反应过程中未见氧化砷形成，且砷的挥发极少。

申请号为CN201711168214.X的专利公开了在密闭环境中单段升温制备砷化锰化合物的方法，与其相比，本发明的方法极大程度上减少了砷的挥发且更为安全，杜绝了在密闭环境中砷蒸气产生的蒸气压。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，锰粉和砷粉的质量比为1.5:(1～1.5)。本发明采用不同质量比的锰粉和砷粉，制备得到不同的锰砷化合物，可以为砷化锰、四砷化五锰或二砷化三锰。