[发明专利]稀土类蓄冷材料粒子、使用了该粒子的冷冻机、超导磁铁、检查装置及低温泵

说明书

一种稀土类蓄冷材料粒子，其特征在于，其是由稀土类氧化物或稀土类氧硫化物形成的稀土类蓄冷材料粒子，其中，该稀土类蓄冷材料粒子由烧结体构成，该烧结体的平均晶体粒径为0.5～5μm，气孔率为10～50体积％，气孔的平均直径为0.3～3μm。此外，稀土类蓄冷材料粒子的气孔率优选为20～45体积％。此外，气孔的最大直径优选为4μm以下。这样的稀土类蓄冷材料粒子适合于冷冻机。根据上述构成，能够提供蓄冷能力高、强度高的稀土类蓄冷材料。

本申请是申请日为2015年9月4日、发明名称为“稀土类蓄冷材料粒子、使用了该粒子的冷冻机、超导磁铁、检查装置及低温泵”的中国申请号为201580049386.8的分案申请。

技术领域

本实施方式涉及稀土类蓄冷材料粒子、使用了该粒子的冷冻机、超导磁铁、检查装置及低温泵。

背景技术

近年来，超导技术的发展显著，伴随着其应用领域扩大，小型且高性能的冷冻机的开发变得不可或缺。冷冻机中有GM(Gifford-McMahon，吉福特-麦克马洪)式、脉冲式、斯特林(Stirling)式等各种方式。作为使用了这些冷冻机的制品，以超导磁铁为代表，可列举出MRI(磁共振成像)、NMR(核磁共振)、低温泵、超导电力贮藏装置(SMES)、及制造硅晶片等的磁场中单晶提拉装置等。

在这样的冷冻机中，经压缩的He气等工作介质在填充有蓄冷材料的蓄冷器内沿一个方向流动，将其热能供给至蓄冷材料，在此膨胀的工作介质沿相反方向流动，从蓄冷材料接收热能。随着这个过程中的回热效果变得良好，工作介质循环中的热效率提高，能够实现更低的温度。

作为在上述那样的冷冻机的蓄冷器中填充的蓄冷材料，以往主要使用Cu或Pb等。然而，由于这样的蓄冷材料在20K以下的极低温下比热容显著变小，所以上述的回热效果无法充分发挥功能，在冷冻机中的工作时在极低温下每1个循环无法在蓄冷材料中贮藏充分的热能，并且工作介质无法从蓄冷材料接收充分的热能。

其结果是，在组装了填充有上述蓄冷材料的蓄冷器的冷冻机中存在无法达到极低温的问题。于是，最近为了提高上述蓄冷器的极低温下的回热特性、实现更接近绝对零度的冷冻温度，使用特别是在20K以下的极低温域中具有体积比热容的极大值、并且如该值大的Er₃Ni、ErNi、HoCu₂等那样以由稀土类元素和过渡金属元素构成的金属间化合物作为主体的稀土类蓄冷材料。通过将这样的稀土类蓄冷材料用于GM冷冻机，实现了4K下的冷冻。

伴随着将这样的冷冻机应用于各种系统的研究，出于将更大型的冷却对象物稳定地进行冷却的技术要求，对冷冻机要求更进一步的冷冻能力的提高。为了应对该要求，最近，正在进行通过将以往的金属系磁性蓄冷材料的一部分置换成Gd₂O₂S等包含稀土类元素的稀土类氧硫化物来使冷冻能力提高的尝试。

稀土类氧硫化物的比热容的峰值为5K以下，与以金属间化合物作为主体的稀土类蓄冷材料相比处于更低的温度。因此，通过与在6K以上的温度区域中具有大的体积比热容的以金属间化合物作为主体的稀土类蓄冷材料层叠而使用来谋求冷冻能力的提高。此外，GdAlO₃等稀土类氧化物蓄冷材料的比热容的峰值也低，可得到与稀土类氧硫化物蓄冷材料同样的效果。

作为稀土类氧硫化物蓄冷材料，有日本专利第3642486号公报(专利文献1)、日本专利第4582994号公报(专利文献2)。在专利文献1及专利文献2中使用转动造粒法而得到相对密度为98％以上的高密度烧结体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3642486号公报

专利文献2：日本专利第4582994号公报

专利文献3：日本特开2004-75884号公报

发明内容