CN108060359A - 一种热压磁制冷材及其制备方法 - Google Patents

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钟炳文
解伟
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Abstract

本发明提供一种具有式LaR(Fe1‑bIb)13‑aSia所表示的组成的热压磁制冷材料，R代表元素Y、Ce、Pr中的至少一种；I代表元素Co、Ni、Mn中的至少一种；其中0<a<2，0.055<b<0.122。本发明还提供了如上所述的热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：1)将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；2)将铸锭用快速冷却的方式，制备含有非晶结构的合金甩片；3)合金甩片经粗破碎后球磨成200目至800目的合金粉体；4)将合金粉体在真空条件下热压成型；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。本发明制备磁制冷材料方便快捷，且制备的磁制冷材料磁熵值变化大。

Description

一种热压磁制冷材及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁制冷材料领域，特别涉及一种热压磁制冷材料及其制备方法。
背景技术
磁制冷就是利用磁热效应的制冷方式。磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象。磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料。磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁熵，因而会向外放出热量；而一旦去掉外磁场，材料系统的磁有序减小，磁熵增大，因而会从外界吸收热量。如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁熵，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。
为此，需要提供一种快速制备磁制冷材料的方式，且该方法制备的磁制冷材料磁熵值变化大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种具有式LaR(Fe1-bIb)13-aSia所表示的组成的热压磁制冷材料，R代表元素Y、Ce、Pr中的至少一种；I代表元素Co、Ni、Mn中的至少一种；其中0<a<2，0.055<b<0.122。
上述金属原料，可以是含有上述金属的纯金属，也可以是含有上述金属的合金。
如上所述的热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用快速冷却的方式，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经粗破碎后球磨成200目至800目的合金粉体；
4)将合金粉体在真空条件下热压成型；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
优选地，步骤1)熔炼金属的方式是通过真空感应熔炼炉熔炼。
优选地，步骤2)所述的快速冷却的方式包括甩带法或等离子体气雾化法。
甩带法参见“单辊甩带法制备铝基非晶带过程的数值模拟研究”，刘涛，哈尔滨工业大学，2007年7月，硕士学位论文。
等离子气雾化法：把固体颗粒注入惰性气体等离子体中，使之在等离子体高温作用下完全蒸发，以蒸汽形式存在，然后利用气淬冷却技术进行快速冷却，使饱和蒸汽快速冷凝、成核、生长而形成超细粉末。形成的粉末球形度高，且不易产生成分偏析现象。
优选地，步骤3)可以用铁锤将合金甩片粗破碎。
优选地，步骤3)可以用行星球磨机进行球磨，球磨时间为18小时至30小时。
行星球磨机是混合、细磨、小样制备、纳米材料分散、新产品研制和小批量生产高新技术材料的必备装置。该产品体积小、功能全、效率高是科研单位、高等院校、企业实验室获取微颗粒研究试样(每次实验可同时获得四个样品)的理想设备，配用真空球磨罐，可在真空状态下磨制试样。
优选地，步骤4)真空度小于或者等于10-2Pa。
优选地，步骤4)热压成型的具体工艺条件是：热压温度为900℃至1100℃；热压压力为10MPa至150MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压10分钟至60分钟。
优选地，步骤4)热压成型在真空热压炉中进行。
热压成型保持一定温度和压力，目的是减少晶格缺陷，消除残余应力，使合金成相更加充分。
本发明的有益效果：
传统的磁制冷材料采用固相反应的方法，也出现了高压烧结的工艺，例如专利“磁制冷材料的生产方法”(申请号：201310582360.2)采用添加环氧树脂的方法制备孔隙率为85％到99％的粘接磁制冷材料。本专利和该专利不同的是不添加粘接剂，直接通过热挤压的方式形成致密的金属块体。本发明通过掺杂稀土和热压的方式加强晶格耦合，提高磁熵变值。
本发明制备磁制冷材料方便快捷，且制备的磁制冷材料磁熵值变化大。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。
实施例1
热压磁制冷材料，由如下表所述的式表示其组成。
实施例2
一种热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)测量出原料具有表1序号1所示的组成，通过真空感应熔炼炉熔炼将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用甩带法快速冷却，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经铁锤粗破碎后球磨成200目至250目的合金粉体，球磨时间为18小时；
4)将合金粉体在真空热压炉中，真空度小于或者等于10-2Pa真空条件下热压成型，热压成型的具体工艺条件是：热压温度为900℃；热压压力为至150MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压10分钟；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
实施例3
一种热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)测量出原料具有表1序号3所示的组成，通过真空感应熔炼炉熔炼将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用等离子体气雾化法快速冷却，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经铁锤粗破碎后球磨成300目至350目的合金粉体，球磨时间为21小时；
4)将合金粉体在真空热压炉中，真空度小于或者等于10-2Pa真空条件下热压成型，热压成型的具体工艺条件是：热压温度950℃；热压压力为115MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压20分钟；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
实施例4
一种热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)测量出原料具有表1序号6所示的组成，通过真空感应熔炼炉熔炼将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用甩带法快速冷却，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经铁锤粗破碎后球磨成450目至500目的合金粉体，球磨时间为24小时；
4)将合金粉体在真空热压炉中，真空度小于或者等于10-2Pa真空条件下热压成型，热压成型的具体工艺条件是：热压温度为1000℃；热压压力为75MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压35分钟；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
实施例5
一种热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)测量出原料具有表1序号9所示的组成，通过真空感应熔炼炉熔炼将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用等离子体气雾化法快速冷却，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经铁锤粗破碎后球磨成600目至650目的合金粉体，球磨时间为27小时；
4)将合金粉体在真空热压炉中，真空度小于或者等于10-2Pa真空条件下热压成型，热压成型的具体工艺条件是：热压温度为1050℃；热压压力为30MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压4分钟；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
实施例6
一种热压磁制冷材料的制备方法，包括如下步骤：
1)测量出原料具有表1序号11所示的组成，通过真空感应熔炼炉熔炼将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用甩带法快速冷却，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经铁锤粗破碎后球磨成750目至800目的合金粉体，球磨时间为30小时；
4)将合金粉体在真空热压炉中，真空度小于或者等于10-2Pa真空条件下热压成型，热压成型的具体工艺条件是：热压温度为1100℃；热压压力为10MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压60分钟；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有式LaR(Fe1-bIb)13-aSia所表示的组成的热压磁制冷材料，其特征在于：R代表元素Y、Ce、Pr中的至少一种；I代表元素Co、Ni、Mn中的至少一种；其中0<a<2，0.055<b<0.122。
2.如权利要求1所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将各组分金属熔炼成合金，浇筑成铸锭；
2)将铸锭用快速冷却的方式，制备含有非晶结构的合金甩片；
3)合金甩片经粗破碎后球磨成200目至800目的合金粉体；
4)将合金粉体在真空条件下热压成型；随炉冷却，得到热压磁制冷材料。
3.如权利要求2所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤1)熔炼金属的方式是通过真空感应熔炼炉熔炼。
4.如权利要求3所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的快速冷却的方式包括甩带法或等离子体气雾化法。
5.如权利要求4所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤3)可以用铁锤将合金甩片粗破碎。
6.如权利要求5所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤3)可以用行星球磨机进行球磨，球磨时间为18小时至30小时。
7.如权利要求2至6任一所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤4)真空度小于或者等于10-2Pa。
8.如权利要求7所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤4)热压成型的具体工艺条件是：热压温度为900℃至1100℃；热压压力为10MPa至150MPa；在该热压温度和热压压力下持续热压10分钟至60分钟。
9.如权利要求8所述的热压磁制冷材料的制备方法，其特征在于，步骤4)热压成型在真空热压炉中进行。
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