DE69200340T2

DE69200340T2 - Regenerative Materialien.

Info

Publication number: DE69200340T2
Application number: DE69200340T
Authority: DE
Inventors: Masashi Sahashi; Akiko Takahashi; Yoichi Tokai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: DE69200340D1; US5269854A; EP0498613B1; EP0498613A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein regeneratives Material, das bei niedriger Temperatur eine große spezifische Wärme aufweist.
In den letzten Jahren ist die Technologie von Vorrichtungen, die in Verbindung mit Supraleitermaterialien verwendet werden, bemerkenswert fortgeschritten und ist auf mehr und mehr technische Gebiete angewendet worden. Zusammen mit der steigenden Verwendung der Supraleitertechnologie steigen die Anforderungen an hocheffiziente, kleine Kältemaschinen zum Kühlen von supraleitenden Komponenten. Es besteht ein erheblicher Bedarf an einer Kältemaschine, die leicht und klein ist und eine hohe Wärmeleistung aufweist. Zur Zeit werden solche Kältemaschinen in zwei Richtungen entwickelt. Das erste Verfahren besteht darin, die Leistung der bestehenden Gas-Zyklus-Kühlvorrichtungen zu steigern, indem beispielsweise der Stirling-Zyklus angewendet wird. Das zweite Verfahren besteht darin, eine neue Kältemaschine anstelle einer herkömmlichen Gas-Zyklus-Kälteerzeugung zu verwenden. Eine neue Kältemaschine schließt diejenigen ein, bei denen ein Wärmezyklus wie ein Zyklus vom Carnot-Typ und Ericsson-Typ und der magnetokalorische Effekt verwendet werden.
Zu den Gas-Zyklus-Kältemaschinen mit erhöhter Leistung gehören: Kältemaschinen, die unter Anwendung des Stirling-Zyklus arbeiten, und Kältemaschinen, die unter Verwendung des Gifford-McMahorn-Zyklus arbeiten. Jede Kältemaschine weist einen sogenannten Regenerator auf, der mit einem sogenannten regenerativen Material gefüllt ist. Ein Arbeitsmedium (&sup4;He-Gas) wird wiederholt durch den Regenerator geführt, um eine niedrige Temperatur zu erhalten. Genauer gesagt wird das Arbeitsmedium zuerst komprimiert und dann in eine Richtung durch den Regenerator zum Strömen gebracht. Wenn das Medium durch den Regenerator strömt, wird Wärmeenergie von dem Medium auf das regenerative Material übertragen. Wenn das Medium aus dem Regenerator ausströmt, wird es expandiert und seine Temperatur wird weiter gesenkt. Das Arbeitsmedium wird dann in die entgegengesetzte Richtung wiederum durch den Regenerator zum Strömen gebracht. Diesmal wird Wärmeenergie von dem regenerativen Material auf das Medium übertragen. Das Medium läuft in einein Kühlzyklus zweimal, vor und zurück, durch den Regenerator. Dieser Zyklus wird wiederholt, wodurch eine niedrige Temperatur erhalten wird.
Die thermischen Eigenschaften des regenerativen Materials (manchmal als "Rekuperativität" (Erholungsvermögen) bezeichnet) und am signifikantesten seine spezifische Wärme sind die Bestimmungsgrößen der Leistung der Kältemaschine. Je größer das Erholungsvermögen von regenerativen Materialien ist, desto höher ist die Wärmeleistung jedes Kühlzyklus.
Die in herkömmlichen Regeneratoren verwendeten regenerativen Materialien sind gesinterte Teilchen aus Blei oder Gewebe aus Kupfer, Bronze oder Phoshorbronze. Diese regenerativen Materialien zeigen bei extrem niedrigen Temperaturen von 20º K oder niedriger eine sehr geringe spezifische Wärme. Daher können sie bei extrem niedrigen Temperaturen pro Kühlzyklus der Gas-Zyklus- Kältemaschine nicht ausreichend Wärmeenergie akkumulieren. Auch können sie dem Arbeitsmedium nicht genügend Wärmeenergie zuführen. Daher weist eine Gas-Zyklus-Kältemaschine, die einen Regenerator aufweist, der mit solchen regenerativen Materialien gefüllt ist, eine niedrige Kühlleistung auf.
Dieses Problem kann gelöste werden, indem regenerative Materialien verwendet werden, die bei extrem niedrigen Temperaturen eine große spezifische Wärme pro Einheitsvolumen (d.h. volumenspezifische Wärme) aufweisen. Die Aufmerksamkeit hat sich auf einige Arten von magnetischen Substanzen als solche regenerativen Materialien konzentriert, weil deren Entropien sich an deren Übergangstemperatur der magnetischen Phase weitgehend ändern und eine anomale spezifische Wärme (große spezifische Wärme) zeigen. Eine magnetische Substanz, die eine extrem niedrige Übergangstemperatur der magnetischen Phase aufweist, kann daher ein ausgezeichnetes regeneratives Material darstellen.
Eine solche magnetische Substanz ist eine intermetallische Verbindung R-Rh (wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm und Yb). Dieses Material ist in der Japanischen Patentveröffentlichung (Tokkai-sho) Nr. 51-52378 beschrieben. Diese Gruppe von intermetallischen Verbindungen weist einen Maximalwert der volumenspezifischen Wärme auf, die bei 20º K oder niedriger ausreichend groß ist.
Eine der Komponenten dieser intermetallischen Verbindung ist Rhodium (Rh). Rhodium ist ein sehr teures Material und daher nicht als regeneratives Material geeignet, das in einem Regenerator verwendet wird, wobei der Regenerator 100te von Gramm wiegen kann.
Ein anderes regeneratives Material R-Mz (wobei R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Se, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu und M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ni, Co, Cu, Ag, Au, Mn, Fe, Al, Zr, Pd, B, Si, P und C und z einen Wert im Bereich von 0,001 < z < 9,0 aufweist), weist eine große spezifische Wärme unterhalb von 20º K auf und ist relativ billig. Ein solches Material ist in der Japanischen Patentveröffentlichung (Tokkai-hei) Nr. 1-310269 beschrieben.
Das regenerative Material R-Mz weist bei einer extrem niedriger Temperatur (4º K-5º K) jedoch keine ausreichende spezifische Wärme auf.
Insbesondere bei einer Helium-Kältemaschine ist einer der wichtigsten Faktoren, der die Kühlleistung steuert, derjenige, daß das regenerative Material eine hohe spezifische Wärme bei der beabsichtigten Betriebstemperatur der Kältemaschine aufweist.
Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine regeneratives Material zu liefern, das bei niedriger Temperatur eine maximale spezifische Wärme aufweist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Niedertemperaturregenerator zu liefern, der mit dem oben beschriebenen regenerativen Material gefüllt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein regeneratives Material geliefert, das mindestens zwei Metallverbindungen umfaßt, die mindestens eines der Seltenen Erdenelemente enthalten, wobei mindestens zwei dieser Verbindungen unterschiedliche magnetische Wechselwirkungen ausgewählt aus den folgenden Wechselwirkungen aufweisen: ferromagnetisch, antiferromagnetisch und ferrimagnetisch, wobei das Material eine feste Lösung dieser Verbindungen ist und die Übergangstemperatur der magnetischen Phase dieses Materials niedriger ist als die Übergangstemperatur der magnetischen Phase jeder dieser Verbindungen.
Es ist bevorzugt, daß eine der Metallverbindungen ferromagnetisch ist und eine zweite Metallverbindung antiferromagnetisch ist. Am meisten bevorzugt umfaßt das regenerative Material Er&sub3;(Ni,Co).
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist eine Kältemaschine, die einen Regenerator enthält, wobei der Regenerator ein regeneratives Material umfaßt, das im wesentlichen aus mindestens zwei Metallverbindungen besteht. Mindestens zwei der Verbindungen sind von unterschiedlicher magnetischer Art. Das Material ist eine feste Lösung der beiden Verbindungen, wobei der Übergangspunkt der magnetischen Phase des Materials niedriger ist als der Übergangspunkt der magnetischen Phase jeder der Verbindungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der zur Zeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher und leichter erkennbar, wobei:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das parallel angeordnete Spins zeigt (Jij> 0),
Fig. 2 ein Diagramm ist, das antiparallel angeordnete Spins zeigt (Jij< 0),
Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine Funktion J(kF R) zeigt, die die Intensitäten der RKKY-Wechselwirkung ausdrückt,
die Fign. 4 bis 9 Diagramme sind, die die Relationen zwischen Wechselwirkungswerten und den Werten von kF R zeigen,
Fig. 10 ein Diagramm ist, das die Relationen zwischen Übergangstypen und Phasenübergangstemperaturen in R&sub3;T zeigt, wobei R = ein Seltenes Erden-Element ist, T = ein Ni- oder Co-Element ist,
die Fign. 11 (a) bis (e) Diagramme sind, die die Eigenschaften der C/T-Werte für die Temperatur zeigen und
Fig. 12 ein Phasendiagramm ist, das die Abhängigkeit der Zusammensetzung von der Übergangstemperatur der magnetischen Phase in Er&sub3;Ni1-xCox zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung liefert ein regeneratives Material, dessen Übergangstemperatur der magnetischen Phase auf Werte erniedrigt worden ist, die niedriger sind als diejenigen der Ausgangssubstanzen, indem eine feste Lösung von zwei oder mehr unterschiedlich magnetischen Metallverbindungen hergestellt worden ist.
Magnetische Ionen mit dem obenerwähnten Übergang der magnetischen Phase schließen beispielsweise Seltene Erden Element (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) -ionen oder Übergangsmetalle (Fe, Co, Ni, Mn, Cr) ein. Es ist das 4f-Elektron, das die magnetischen Eigenschaften dieser magnetischen Seltenen Erden-Ionen erzeugt. Wenn das 4f-Elektron jedoch eine extrem starke Lokalität und eine enges Ausdehnung der Wellenfunktion aufweist, kann die Wechselwirkung unter den 4f-Elektronen gut als eine RKKY-Wechselwirkung mit Leitungselektronen beschrieben werden und nicht als direkte Wechselwirkung (direkter Austausch) durch Überlappung von Wellenfunktionen.
Im folgenden sind Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Ionen ausführlich beschrieben.
Zuerst werden sie vom mikroskopischen Gesichtspunkt her betrachtet. Unter der Annahme, daß alle Spins lokalisierter Elektronen, die zu einem magnetischen Ion der i-ten Stelle gehören wie i kann die Austauschwechselwirkung zwischen magnetischen Ionen im allgemeinen durch -Jij ( i j) (wobei S. der Gesamtspin des i- ten magnetischen Ions ist; j der Gesamtspin des j-ten magnetischen Ions ist; Jij ein Koeffizient ist, der den Wert der Austauschwechselwirkung zwischen den Gesamtspins der i-ten und der j-ten magnetischen Ionen angibt). Der Typ der Wechselwirkung zwischen Spins magnetischer Ionen unterscheidet sich in Abhängigkeit von dem Plus- oder Minus-Symbol dieses Wechselwirkungskoeffizienten Jij. Das heißt, wenn Jij > 0 ist, bevorzugen es die Spins parallel zueinander zu koppeln (ferromagnetisch) (siehe Figur 1), und wenn Jij < 0 ist, bevorzugen es die Spins antiparallel miteinander zu koppeln (antiferromagnetisch) (siehe Figur 2). In diesen Figuren sind i und j mit einem Vektor 1 bzw. Vektor 2 bezeichnet.
Ein reales System zeigt jedoch kompliziertere Wechselwirkungen, da es aus einer ungeheuer großen Zahl magnetischer Ionen zus ammengesetzt ist. Die Summe der Koeffizienten der magnetischen Wechselwirkungen zwischen den magnetischen Ionen für die Gesamtsubstanz (die Menge ist proportional zur Übergangstemperatur der magnetischen Phase QR) J(Q) kann durch die folgende Formel definiert werden:
J (Q) = Σ Zi Jij e-1QR (1),
in der Q der Vektor ist, der den magnetischen Aufbau eines Substanzsystems ausdrückt, und R der Vektor ist, der vom i-ten magnetischen Ion zum j-ten magnetischen Ion gerichtet ist.
Wenn ferner Ai = Σ zi x e-iQR ist, entwickelt sich Formel (1) zu
J(Q) = Ai x Ji + A&sub2; x J&sub2; + A&sub3; x J&sub3; + ... (2).
In einem System, bei dem die Wechselwirkung unter den Magnetismus tragenden Elektronenspins in der RKKY-Wechselwirkung auftritt, ist Jij (der Koeffizient der Austauschwechselwirkung zwischen magnetischen Ionenspins) eine Funktion von kF x R. kF x R ist ein Produkt des Abstandes R zwischen i-ten und j-ten Spins und der Fermi-Wellenzahl kF. Die Relation zwischen kF x R und J (kF R) ist in Figur 3 gezeigt.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist in einer magnetischen Substanzam die Wechselwirkung zwischen den nächstbenachbarten magnetischen Ionen stärksten. Die anderen Wechselwirkungen werden durch den abschirmenden Effekt von größeren Wechselwirkungen in der Nahe befindlicher magnetischer Ionen schwächer.
Durch solche Wechselwirkungen von Fernordnungen, die durch das RKKY-Modell beschrieben sind, konkurrieren verschiedene Arten magnetischer Wechselwirkungen wie Ferro-Kupplung und Antiferro- Kupplung miteinander und als Folge davon werden die Werte der Wechselwirkung klein und wodurch die Übergangstemperatur der magnetischen Phase erniedrigt werden kann.
In einem System, bei dem J&sub1; im Vergleich mit J&sub2; und J&sub3; dominant ist, wenn der Wert von J&sub1; sich dem Wert von nahezu Null nähert, indem der kF R-Wert durch eine antiferromagnetische Substanz (mit J&sub1;> 0, wie gezeigt in Figur 4) kontrolliert wird, die zu einer ferromagnetischen Substanz (mit J&sub1;< 0; wie gezeigt in Figur 5) in einer festen Lösung gelöst wird, wird beispielsweise die Wechselwirkung schwach und die Übergangstemperatur der magnetischen Phase kann erniedrigt werden.
Werte für die Wechselwirkung J zwischen den am nächsten benachbarten magnetischen Ionen (bezeichnet mit Nr. 3) und den am zweiten benachbarten magnetischen Ionen (bezeichnet mit Nr. 4) sind in den Figuren 4 bis 6 gezeigt.
In einem System, bei dem J&sub2; und J&sub3; aufgrund Wechselwirkungen hoher Ordnung im Vergleich mit J&sub1; nicht außer acht gelassen werden können, wenn Systeme, bei denen der J&sub1;-Wert nahezu Null ist und J&sub2; und J&sub3; Werte wie in den Figuren 7 und 8 gezeigt aufweisen, in eine feste Lösung gebracht werden, werden J&sub2; und J&sub3; gelöscht (wie gezeigt in Figur 9) oder wird kF R auf eine Weise kontrolliert, das J&sub1;, J&sub2; und J&sub3; ins gesamt gelöscht werden. In diesen Fällen wird die Wechselwirkung schwach und der Übergangspunkt der magnetischen Phase kann erniedrigt werden. Werte für die Wechselwirkung J zwischen den drittbenachbarten magnetischen Ionen sind in den Figuren 7 bis 9 mit Nr. 5 bezeichnet.
Die folgenden Kombinationen können als definitive Beispiele der Kombination von mindestens zwei Arten von Substanzen mit unterschiedlichem magnetischen Typ angesehen werden:

1. Er&sub3;(Ni1-xCox)

Eine Kombination in einem Zustand fester Lösung von Er&sub3;Co und Er&sub3;Ni, wobei Er&sub3;Co eine ferromagnetische Substanz mit einer Curie-Temperatur (TC) von 13º K ist und Er&sub3;Ni eine antiferromagnetische Substanz mit einer Neel-Temperatur (TN) von 6º K ist.

2. (Er3-xHox)Al&sub2;

Eine Kombination in einem Zustand fester Lösung von Ho&sub3;Al&sub2; und Er&sub3;Al&sub2;, wobei Ho&sub3;Al&sub2; eine ferromagnetische Substanz ist, deren TC 33º K ist, und Er&sub3;Al&sub2; eine antiferromagnetische Substanz ist, deren TN 9º K ist.

3. (Er1-xHox)Al

Eine Kombination in einem Zustand fester Lösung von HoAl und ErAl, wobei HoAl eine ferromagnetische Substanz ist, deren TC 26º K ist, und ErAl eine antiferromagnetische Substanz ist, deren TN 13º K ist.
Wie oben beschrieben, ist die von der vorliegenden Erfindung umfaßte Technologie in der Lage, eine Legierung aus zwei oder mehr Substanzen unterschiedlichen magnetischen Typs herzustellen (z.B. ferromagnetische und antiferromagnetische Substanzen, ferromagnetische Substanzen und ferrimagnetische Substanzen, ferrimagnetische Substanzen und antiferromagnetische Substanzen usw.). Solche Materialien sind als regenerative Komponente in einer Kältemaschine brauchbar. Solche Materialien nutzen die Anomalie einer großen spezifischen Wärme aus, die mit Übergängen der magnetischen Phase bei niedriger Temperatur verbunden sind und verursacht werden, indem magnetische Wechselwirkungen verschiedener Arten miteinander konkurrieren, um die Übergangstemperatur der magnetischen Phase (die Temperatur, bei der die spezifische Wärme einen Spitzenwert zeigt) unter diejenige der Ausgangskomponentenmaterialien zu senken. Durch Kontroller hiervon kann die spezifische Wärme, die mit einer gewünschten Betriebstemperatur einer Gas-Kältemaschine korrespondiert, gewonnen werden.
Die vorliegende Erfindung ist ferner in der Lage, ein regeneratives Material zu liefern, bei dem die Übergangstemperatur der magnetischen Phase kontrolliert wird, um eine große spezifische Wärme zu liefern, die einer Zieltemperatur einer Gas-Kühlmaschine entspricht, die eine Kühlleistung ähnlich der von Pb aufweist, d.h. einer herkömmlichen Kühlsubstanz in einem Temperaturbereich nahe 20º K. Erfindungsgemäß ist mit dem obenerwähnten Übergang der magnetischen Phase sogar in einem Nieder-Temperaturbereich unter 10º K eine große spezifische Wärme verbunden. Wenn die Debye-Temperatur des Materials niedriger ist als oder nahezu gleich groß ist wie dirjenige von Pb ist (unterhalb von 120º K), ist die spezifische Wärme des Gitters ausreichend groß und ähnlich der von Pb in einem Temperaturbereich von 10-40º K. Wenn der Energieabstand zwischen dem Grundzustand und dem angeregten Zustand von Elektronen, der beim Magnetismus in dem Material eine wichtige Rolle spielen, relativ klein ist (5º K < ΔE < 50º K), zeigt die spezifische Wärme den Effekt der Schottky- Anomalie. Es wird daher aufgrund der Zuführung des Schottky- Anomalie-Beitrags zu dem Beitrag des gewöhnlichen Gitters in einem Temperaturbereich von 10-40º K eine große spezifische Wärme erhalten. Die Übergangstemperaturen der magnetischen Phase des R&sub3;Ni-Systems und des R&sub3;Co-Systems (R: Seltenes Erden Element) sind in Figur 10 dreidimensional gezeigt.
Es ist insbesondere bemerkenswert, daß von den Gruppen des R&sub3;Ni- Systems und des R&sub3;Co-Systems Er&sub3;Ni die antiferromagnetische Wechselwirkung aufweist und Er&sub3;Co die ferromagnetische Wechselwirkung aufweist.

Beispiele

Es wurden gemischte Pulver hergestellt, die aus 75 Atom-% Er, 12,5 Atom-% Ni und ansonsten aus Co bestanden, und in einem Bogenschmelzofen geschmolzen. Das geschmolzene Material wurde dann etwa 100 Stunden lang bei etwa 700º C unter Vakuumbedingungen (etwa 10&supmin;³ Torr) geglüht. Dieses Material ist als Beispiel 1 bezeichnet.
Es wurden außerdem zwei verschiedene gemischte Pulver hergestellt. Eines bestand aus 75 Atom-% Er, 6,25 Atom-% Ni und ansonsten Co, das andere bestand aus 75 Atom-% Er, 5,0 Atom-% Ni und ansonsten Co. Sie wurden ebenfalls unter den gleichen, wie oben beschriebenen Bedingungen geschmolzen und geglüht. Diese Materialien sind die Beispiele 2 bzw. 3.
Schließlich wurden drei unterschiedliche Zusammensetzungen von regenerativem Material aus Er&sub3;(Ni,Co) hergestellt. Es wurde gemäß dem Röntgenbeugungsspektrum jedes erhaltenen Materials bestätigt, daß eine einzige Phase einer intermetallischen Verbindung mit einer Kristallstruktur Er&sub3;(Co, Ni) gebildet wurde, ein pseudobinäres System von zwei intermetallischen Verbindungen unterschiedlichen magnetischen Typs. Der Wert der TC von Er&sub3;Co ist etwa 13º K, während die TN von Er&sub3;NHi etwa 6º K ist. Es sind Peaks der spezifischen Wärme für diese Materialien vorhanden, die diesen Übergangstemperaturen der magnetischen Phase entsprechen.
Eine Kühlung tritt durch Entropieaustausch zwischen dem regenerativen Material und dem Arbeitsfluid auf, z.B. He. Wenn daher die regenerative Effizienz eines Materials untersucht wird, ist ein Parameter C/T sehr illustrativ, da der Wert von C/T den Entropieaustausch direkt angibt. (C ist ein Wert der spezifischen Wärme bei einer bestimmten Temperatur und T ist ein Wert der Temperatur).
Das Verhalten von C/T als Funktion von T im Fall von Er&sub3;Ni und Er&sub3;Co ist in den Figuren 11(a) bzw. 11(e) gezeigt.
Das Verhalten von C/T als Funktion von T im Fall der Beispiele 1 bis 3 ist in den Figuren 11(b), 11(c) bzw. 11(d) ebenfalls gezeigt.
Diese Werte von C/T wurden geschätzt, wobei die spezifische Wärme von solchen Massenformprüfstücken verwendet wurden.
Wie in Figur 11(b) im Fall des Materials gezeigt ist, das 12,5 Atom-% Ni enthält, wird die Peakposition von C/T (angezeigt durch einen Pfeil) bei einem Wert von T von etwa 5,5º K erhalten. Wie in Figur 11(c) im Fall des Materials gezeigt ist, das 6,25 Atom-% Ni enthält, wird die Peakposition von C/T bei einem Wert von T von etwa 5,7º K erhalten. Wie in Figur 11(d) im Fall des Materials gezeigt ist, das 5,0 Atom-% Ni enthält, wird die Peakposition von C/T bei einem Wert von T von etwa 4º K erhalten. Alle drei Temperaturen bei diesen Peakpositionen sind niedriger als die individuellen Peakpositionstemperaturen für entweder Er&sub3;Ni oder Er&sub3;Co.
Die erfindungsgemäßen Materialien weisen größere Werte von C/T bei niedrigeren Temperaturen auf. Die C/T-Peakpositionstemperatur korrespondiert mit der spezifischen Wärmepeakpositionstemperatur in dem gleichen regenerativen Material.
Die Abhängigkeit der Zusammensetzung von der Übergangstemperatur der magnetischen Phase in dem Er&sub3;Ni1-xCox-System ist in Figur 12 gezeigt. Wie in Figur 12 gezeigt ist, ist in der Region, in der der Wert von X etwa 0,5 oder größer ist, vorzugsweise zwischen etwa 0,65 und etwa 0,85 liegt (x ist der Gehalt an dem Element Co) ein Gebiet mit niedrigerer Übergangstemperatur vorhanden. Daher kann erfindungsgemäß im Vergleich zu Er&sub3;Co oder Er&sub3;Ni eine effizientere Kühlung in einem Bereich niedrigerer Temperatur geliefert werden.
Wie oben beschrieben, können erfindungsgemäß regenerative Materialien verwendet werden, die die Anomalie einer großen spezifischen Wärme, die mit dem Übergang der magnetischen Phase bei niedriger Temperatur verbunden ist, verwendet werden, um ein regeneratives Material zu liefern, das aus zwei oder mehr Substanzen unterschiedlichen magnetischen Typs hergestellt worden ist. Das regenerative Material weist Wechselwirkungen unterschiedlichen magnetischen Typs auf, die miteinander konkurrieren und daher die Übergangstur der magnetischen Phase (eine Temperatur, bei der die spezifische Wärme den Peakwert zeigt) im Vergleich mit den Wert der Bestandteilsmaterialien erniedrigen. Das Material kann ferner außerdem eine Vorrichtung liefern, die bei einer Betriebstemperatur einer Kältemaschine eine relativ große spezifische Wärme aufweist, die niedriger ist als die von herkömmlichen Materialien, bei denen die Übergangstemperatur der magnetischen Phase nicht auf die Weise der vorliegenden Erfindung kontrolliert wird.
Die vorliegende Erfindung ist anhand von spezifische Ausführungsformen beschrieben worden. Andere Ausführungsformen, die auf den Prinzipien der vorliegenden Erfindung basieren, sind jedoch für die Fachleute naheliegend.

Claims

1. Regeneratives Material, das mindestens zwei Metallverbindungen umfaßt, die mindestens eines der Seltenen Erden-Elemente enthalten, und bei dem mindestens zwei dieser Verbindungen unterschiedliche magnetische Wechselwirkungen ausgewählt aus den folgenden Wechselwirkungen aufweisen: ferromagnetisch, antiferromagnetisch und ferrimagnetisch, wobei das Material eine feste Lösung dieser Verbindungen ist und die Übergangstemperatur der magnetischen Phase dieses Materials niedriger ist als die Übergangstemperatur der magnetischen Phase jeder dieser Verbindungen.

2. Regeneratives Material nach Anspruch 1, das Er&sub3;(Ni,Co) umfaßt.

3. Regeneratives Material nach Anspruch 1 oder 2, das im wesentlichen aus Er&sub3;(Ni,Co) besteht.

4. Regeneratives Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Er&sub3;(Ni1-xCox) umfaßt, wobei x 0,5 oder größer ist.

5. Regeneratives Material nach Anspruch 4, bei dem 0,65 < x < 0,85 ist.

6. Regeneratives Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Übergangstemperatur der magnetischen Phase niedriger als 6º K.

7. Kältemaschine, die einen Regenerator enthält, wobei dieser Generator ein regeneratives Material umfaßt, das im wesentlichen aus zwei Metallverbindungen besteht, die mindestens eines der Seltenen Erden-Elemente enthalten, wobei mindestens zwei dieser Verbindungen unterschiedliche magnetische Wechselwirkungen ausgewählt aus den folgenden Wechselwirkungen aufweisen: ferromagnetisch, antiferromagnetisch und ferrimagnetisch, dieses Material eine feste Lösung dieser Verbindungen ist und die Übergangstemperatur der magnetischen Phase dieses Materials niedriger ist als die Übergangstemperatur der magnetischen Phase jeder dieser Verbindungen.

8. Kältemaschine nach Anspruch 7, bei der das regenerative Material ein Material gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6 umfaßt.

9. Verwendung eines regenerativen Materials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 bei der Konstruktion von Regeneratoren, die an die Verwendung in Kältemaschinen angepaßt sind.