[发明专利]一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用，其特征在于化学通式为：La1‑xRExFe12‑yTyB6；为SrNi₁₂B₆型晶体结构，属于空间群，其中RE为轻稀土Pr、Nd、Sm、Y中的一者或两者之间的混合，T为过渡金属Co、Ni、Mn、Cu、Al、Cr、Zn中的一种或者多种的混合，0.03≤x≤0.5，0≤y≤3。本发明稀土铁硼材料在0～5T的磁场变化下，等温磁熵变为10.2‑16.8J/kgK；在0～7T的磁场变化下，等温磁熵变为12.5‑20.3J/kgK。本发明稀土铁硼材料采用常规技术手段制备，该方法工艺简单、原料价格低廉，适用于工业化生产与应用。

技术领域

本发明属于磁学材料技术领域，特别涉及一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与其在磁制冷机中的应用。

背景技术

磁制冷是一种利用磁性材料的磁热效应(即magnetocaloric effect，又称磁卡效应或磁熵效应)实现制冷的一种无污染的制冷方式。磁制冷的原理是利用外加磁场而使磁工质的磁矩发生有序、无序的变化(相变)引起磁体吸热和放热作用而进行制冷循环。通过磁制冷工质进入高磁场区域，放出热量到周围环境；进入零/低磁场区域，温度降低，吸收热量达到制冷的目的；如此反复循环可连续制冷。与传统的制冷技术相比具有效率高、单元体积小、运行平稳、无噪音等优点。特别是相比较于氟利昂压缩制冷带来的种种环境问题，磁制冷技术是完全绿色无环境污染的制冷方式。磁制冷技术被认为是未来可能取代传统的气体压缩制冷，成为最有发展前景的制冷技术之一。而取决于这一技术能否走出实验室，走向商用化的关键之一是寻找不同温区的磁制冷材料。目前一方面高性能磁制冷材料相对较少，另一方面目前报道的高性能磁制冷材料，特别是中低温区磁制冷材料，一般均含有重稀土元素，由于重稀土元素价格昂贵且含量稀少，而限制了该类材料的实际应用。开发高丰度稀土低成本基磁性材料是稀土材料可持续发展战略至关重要。

根据研究，轻稀土La1-xRExFe12-yTyB6材料在各自磁转变温度附近部级具有较大的磁熵变。是一种优异的磁制冷材料，在磁制冷中具有较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用。

本发明一种稀土铁硼基磁制冷材料化学通式为：La_1-xRE_xFe_12-yT_yB6；其中RE为轻稀土Pr、Nd、Sm中的一者或两者之间的混合，T为过渡金属Co、Ni、Mn、Cu、Al、Cr、Zn中的一种或者多种的混合，0.03≤x≤0.5，0≤y≤3；

所述的La_1-xRE_xFe_12-yT_yB6材料为SrNi₁₂B₆型晶体结构，属于空间群，在0～5T的磁场变化下，等温磁熵变为10.2-16.8J/kgK；在0～7T的磁场变化下，等温磁熵变为12.5-20.3J/kgK。

所述的稀土铁硼基磁制冷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：按照化学式La_1-xRE_xFe_12-yT_yB6称量La、RE、Fe、T、B原料；

步骤二：在惰性气体保护或真空下，采用电弧放电、等离子放电、感应或电阻加热的方式将步骤一中的原料加热到熔化并保持1-3分钟；

步骤三：在惰性气体保护或真空下，将上一步骤所得产物翻转后，采用电弧、感应或电阻加热的方式再次加热至熔化并保持1-3分钟，此步骤可重复3-5次；