JPH0765136B2 - 磁性焼結体 - Google Patents
磁性焼結体Info
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- JPH0765136B2 JPH0765136B2 JP60020029A JP2002985A JPH0765136B2 JP H0765136 B2 JPH0765136 B2 JP H0765136B2 JP 60020029 A JP60020029 A JP 60020029A JP 2002985 A JP2002985 A JP 2002985A JP H0765136 B2 JPH0765136 B2 JP H0765136B2
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- JP
- Japan
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- magnetic
- sintered body
- rni
- rare earth
- density
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
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- Hard Magnetic Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は磁気熱量効果を用いて冷却を行なう磁気冷凍用
磁気作業物質に関する。
磁気作業物質に関する。
近年の超電導技術の著しい発展に伴ない、産業用エレク
トロニクス、情報産業、医療機器等の広範な分野でその
応用が考えられている。超電導技術を用いるためには極
低温環境を作り出す冷凍機の開発が不可欠である。良く
知られた冷凍方式に気体冷凍方式があるが効率が極めて
低くまた装置も大型となってしまうため、これに代わる
新たな冷凍方式として磁性体の熱磁気量効果を用いた磁
気冷凍方式の研究が盛んに行なわれている。（pro−cee
dings of ICEC 9（1982,May）;26−29,Advances in Cry
ogenic Engineering,1984,Vol,29,581−587）。これは
簡単にいえば、磁性体に磁場を加えたときのスピン配列
状態と、磁場を解き放ったときのスピンの乱雑な状態と
のエントロピーの変化による吸熱、放熱反応を利用する
ものである。この磁性体を磁気作業物質という。磁気冷
凍方式は装置の小型に、高効率化のメリットは大きく有
望な方式である。磁気冷凍の効率は磁気作業物質に大き
く作用される。すなわちエントロピーの大きいこと、熱
伝導率の良いことが要求される。
トロニクス、情報産業、医療機器等の広範な分野でその
応用が考えられている。超電導技術を用いるためには極
低温環境を作り出す冷凍機の開発が不可欠である。良く
知られた冷凍方式に気体冷凍方式があるが効率が極めて
低くまた装置も大型となってしまうため、これに代わる
新たな冷凍方式として磁性体の熱磁気量効果を用いた磁
気冷凍方式の研究が盛んに行なわれている。（pro−cee
dings of ICEC 9（1982,May）;26−29,Advances in Cry
ogenic Engineering,1984,Vol,29,581−587）。これは
簡単にいえば、磁性体に磁場を加えたときのスピン配列
状態と、磁場を解き放ったときのスピンの乱雑な状態と
のエントロピーの変化による吸熱、放熱反応を利用する
ものである。この磁性体を磁気作業物質という。磁気冷
凍方式は装置の小型に、高効率化のメリットは大きく有
望な方式である。磁気冷凍の効率は磁気作業物質に大き
く作用される。すなわちエントロピーの大きいこと、熱
伝導率の良いことが要求される。
この磁気作業物質として例えば20K以下の温度領域を冷
凍対象とするものとして、Gd3Ga5O12（GGG）,Dy3Al5O12
（DAG）に代表される希土類元素を含むガーネット系酸
化物単結晶、77〜15K程度の温度領域を対象とするもの
としてRAl2ラーベス型金属間化合物（Ｒは希土類元素）
等が研究されている（Proceedings of ICEC（1982,Ma
y）;30−33等）。
凍対象とするものとして、Gd3Ga5O12（GGG）,Dy3Al5O12
（DAG）に代表される希土類元素を含むガーネット系酸
化物単結晶、77〜15K程度の温度領域を対象とするもの
としてRAl2ラーベス型金属間化合物（Ｒは希土類元素）
等が研究されている（Proceedings of ICEC（1982,Ma
y）;30−33等）。
この磁気作業物質には、冷凍温度領域でエントロピー変
化（△Ｓ）が一定であることが要求される。例えば77K
〜15Kと広範囲の温度領域を対象とする液体窒素温度か
らの磁気冷凍用磁気作業物質を考えた場合、同一の結晶
構造を有する物質系において広い温度範囲で、大きなエ
ントロピー変化と、この温度範囲内での連続的に異なる
磁気転移温度を有することが必要となる。このような磁
性体として前述のRAl2ラーベス型金属間化合物が挙げら
れる。
化（△Ｓ）が一定であることが要求される。例えば77K
〜15Kと広範囲の温度領域を対象とする液体窒素温度か
らの磁気冷凍用磁気作業物質を考えた場合、同一の結晶
構造を有する物質系において広い温度範囲で、大きなエ
ントロピー変化と、この温度範囲内での連続的に異なる
磁気転移温度を有することが必要となる。このような磁
性体として前述のRAl2ラーベス型金属間化合物が挙げら
れる。
ここで磁気作業物質の実用性を考慮した場合、上記の特
性に加え、加工性の自由度、高精度が要求される。従っ
て、上記の特性を満足する焼結体が得られれば非常に有
効となる。
性に加え、加工性の自由度、高精度が要求される。従っ
て、上記の特性を満足する焼結体が得られれば非常に有
効となる。
上記RAl2ラーベス型金属間化合物の焼結についての報告
はないものの、RAl2の融点がいずれも1500℃以上と高い
ため焼結性が悪いことが予想される。また1500℃以上と
高温での焼結を考えるとコスト的問題、さらにはＲ成分
を多量に含有するためのコスト上の問題、熱伝導性の低
さ等が問題となる。従って、磁気冷凍用の磁気作業物質
として有効な磁性焼結体は得られていないのが現状であ
る。
はないものの、RAl2の融点がいずれも1500℃以上と高い
ため焼結性が悪いことが予想される。また1500℃以上と
高温での焼結を考えるとコスト的問題、さらにはＲ成分
を多量に含有するためのコスト上の問題、熱伝導性の低
さ等が問題となる。従って、磁気冷凍用の磁気作業物質
として有効な磁性焼結体は得られていないのが現状であ
る。
また77K〜15K程度の温度領域を対象とした磁気冷凍で
は、格子エントロピーの寄与が大きいため、エリクソン
・サイクルのような蓄冷型サイクルが望ましい。このよ
うな蓄熱型冷凍機においては、磁気作業物質と蓄冷材と
の熱伝達が不可欠である。ここで77K以下の極低温にお
いては例えば鉛等の固体状の蓄冷材しかなく、磁気作業
物質と蓄冷材とは固体接触させるが、Heガス膜等の狭ギ
ャップを形成し熱交換を行なう必要がある。従って磁気
作業物質、蓄冷材ともに鏡面仕上げ、複雑形状の加工等
の高精度の加工が要求される（低温工学会1984年11
月）。このように蓄冷型冷凍機にとっては特に加工性の
良好な磁気作業物質の出現が望まれていた。
は、格子エントロピーの寄与が大きいため、エリクソン
・サイクルのような蓄冷型サイクルが望ましい。このよ
うな蓄熱型冷凍機においては、磁気作業物質と蓄冷材と
の熱伝達が不可欠である。ここで77K以下の極低温にお
いては例えば鉛等の固体状の蓄冷材しかなく、磁気作業
物質と蓄冷材とは固体接触させるが、Heガス膜等の狭ギ
ャップを形成し熱交換を行なう必要がある。従って磁気
作業物質、蓄冷材ともに鏡面仕上げ、複雑形状の加工等
の高精度の加工が要求される（低温工学会1984年11
月）。このように蓄冷型冷凍機にとっては特に加工性の
良好な磁気作業物質の出現が望まれていた。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、大きなエ
ントロピー変化を有し、熱伝導率が高く、かつ加工性に
優れた磁性焼結体，特に磁気作業物質として有用な磁性
焼結体を提供することを目的とする。
ントロピー変化を有し、熱伝導率が高く、かつ加工性に
優れた磁性焼結体，特に磁気作業物質として有用な磁性
焼結体を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕 本発明者等は磁気作業物質として加工性の良い磁性焼結
体を用いることに着目し、RNi2の焼結性について研究を
進めたところ、R:Ni＝1:2（モル比）の化合物では良好
な焼結体が得られず、化学量論比よりもＲ過剰、すなわ
ちR1＋xNi2（ｘ＞０）において良好な焼結体が得られる
ことを見出した。また得られた焼結体は、熱磁気特性、
熱伝導性も良好であることを見出し、本発明を創出する
に至った。
体を用いることに着目し、RNi2の焼結性について研究を
進めたところ、R:Ni＝1:2（モル比）の化合物では良好
な焼結体が得られず、化学量論比よりもＲ過剰、すなわ
ちR1＋xNi2（ｘ＞０）において良好な焼結体が得られる
ことを見出した。また得られた焼結体は、熱磁気特性、
熱伝導性も良好であることを見出し、本発明を創出する
に至った。
すなわち、本発明は周期律表でLaからYbまでの希土類元
素及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のうち少なくとも一種を55〜
65重量％含有し、残部が実質的にNiからなるRNi−RNi2
間の組成の磁性焼結体であり、磁気作業物質として有効
なものである。このような焼結体は充填率80％を超える
高密度のものであり、77〜15Kの範囲の磁気転移点（キ
ュリー温度）近傍で大きな磁気エントロピー変化を得
る。
素及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のうち少なくとも一種を55〜
65重量％含有し、残部が実質的にNiからなるRNi−RNi2
間の組成の磁性焼結体であり、磁気作業物質として有効
なものである。このような焼結体は充填率80％を超える
高密度のものであり、77〜15Kの範囲の磁気転移点（キ
ュリー温度）近傍で大きな磁気エントロピー変化を得
る。
LaからYbまでの希土類元素及びＹの量であるが、多いと
熱磁気量効果すなわち磁気エントロピー変化が小さく、
熱磁気特性が低下する。またこれらの量が多すぎても少
なすぎても焼結性が著しく低下し、熱伝達特性が低下し
てしまうため、55重量％以上、65重量％以下とした。ま
た希土類元素の中でもGd〜Ybの重希土類元素は希土類元
イオン当りの磁気モーメントが大きいため、熱磁気量効
果を向上させ、磁気冷凍効率の向上に有効な元素で、35
重量％以上の含有が好ましい。なお焼結体の密度は焼結
条件等で変化し、熱伝達特性に大きな影響をもつが、磁
気冷凍用磁気作業物質として考えた場合、密度8g/cm3以
上であることが望しい。あまり小さいと熱伝達特性が著
しく低下してしまう。
熱磁気量効果すなわち磁気エントロピー変化が小さく、
熱磁気特性が低下する。またこれらの量が多すぎても少
なすぎても焼結性が著しく低下し、熱伝達特性が低下し
てしまうため、55重量％以上、65重量％以下とした。ま
た希土類元素の中でもGd〜Ybの重希土類元素は希土類元
イオン当りの磁気モーメントが大きいため、熱磁気量効
果を向上させ、磁気冷凍効率の向上に有効な元素で、35
重量％以上の含有が好ましい。なお焼結体の密度は焼結
条件等で変化し、熱伝達特性に大きな影響をもつが、磁
気冷凍用磁気作業物質として考えた場合、密度8g/cm3以
上であることが望しい。あまり小さいと熱伝達特性が著
しく低下してしまう。
このような磁気作業物質は以下のごとくにして製造され
る。
る。
まず所望の組成比を有するＲ−Ni合金をアーク溶解炉等
で製造する。次いでこの合金を粉砕し、Ｒ−Ni合金の微
粒子を得る。この微粒子の粒径は焼結密度に影響し、１
〜10μｍの範囲であることが好ましい。あまり大きいと
焼結密度が低下し、また小さいと酸化しやすく、熱磁気
量効果が低下してしまい、また焼結密度も低下してしま
う。
で製造する。次いでこの合金を粉砕し、Ｒ−Ni合金の微
粒子を得る。この微粒子の粒径は焼結密度に影響し、１
〜10μｍの範囲であることが好ましい。あまり大きいと
焼結密度が低下し、また小さいと酸化しやすく、熱磁気
量効果が低下してしまい、また焼結密度も低下してしま
う。
このＲ−Ni合金微粒子を所望の形にプレス成形し焼結す
る。焼結はArガス等の不活性ガス中等の非酸化性雰囲気
中で行なう。焼結密度を左右する主要因子として焼結温
度があるが、850〜1150℃が好ましい。あまり低いと高
い焼結密度が得られず、高温になると酸化，蒸発等によ
り良好な焼結体を得ることが困難となる。本発明者等
は、状態図上でRNi−RNi2間に存在する950℃近傍の固−
液相反応線を利用することにより、充填率80％を超え、
密度が8g/cm3以上、最高充填率99％を超える緻密な焼結
体が得られ、この焼結体はRNiの磁気的影響を受けるこ
となく良好な熱磁気特性及び熱伝導性を示し、溶解材で
あるRNi2ラーベス型金属間化合物と同程度の特性を得る
ことができることを見出したのである。
る。焼結はArガス等の不活性ガス中等の非酸化性雰囲気
中で行なう。焼結密度を左右する主要因子として焼結温
度があるが、850〜1150℃が好ましい。あまり低いと高
い焼結密度が得られず、高温になると酸化，蒸発等によ
り良好な焼結体を得ることが困難となる。本発明者等
は、状態図上でRNi−RNi2間に存在する950℃近傍の固−
液相反応線を利用することにより、充填率80％を超え、
密度が8g/cm3以上、最高充填率99％を超える緻密な焼結
体が得られ、この焼結体はRNiの磁気的影響を受けるこ
となく良好な熱磁気特性及び熱伝導性を示し、溶解材で
あるRNi2ラーベス型金属間化合物と同程度の特性を得る
ことができることを見出したのである。
なお本発明においては通常用いられる工業用Ni原料を用
いるが、通常含まれるような微量のCo,Fe,Mn,Si,Mg,Ca,
Cu,Zn,Ti,C,N,O等の不純物、または本発明の効果を損な
わない程度の不純物等の含有はかまわない。
いるが、通常含まれるような微量のCo,Fe,Mn,Si,Mg,Ca,
Cu,Zn,Ti,C,N,O等の不純物、または本発明の効果を損な
わない程度の不純物等の含有はかまわない。
また焼結後、熱処理を施すことにより、より熱伝導率を
向上させることもできる。これは700〜900℃程度が好ま
しく、粒成長等が原因と考えられる。
向上させることもできる。これは700〜900℃程度が好ま
しく、粒成長等が原因と考えられる。
以上説明したように本発明によれば、熱磁気特性及び熱
伝導性に優れ、かつ加工性に富む磁気冷凍用磁気作業物
質に有効な磁性焼結体を得ることができる。
伝導性に優れ、かつ加工性に富む磁気冷凍用磁気作業物
質に有効な磁性焼結体を得ることができる。
また本発明磁性焼結体 は加工の自由度が大きく、複雑高精度の加工が可能とな
るため、格子エントロピーの寄与が大きく、蓄冷方式を
用いる必要のある、例えばエリクソンサイクルのような
液体窒素温度からの磁気冷凍用の磁気作業物質として用
いると良好な熱伝達を得ることができるため、特に有効
である。
るため、格子エントロピーの寄与が大きく、蓄冷方式を
用いる必要のある、例えばエリクソンサイクルのような
液体窒素温度からの磁気冷凍用の磁気作業物質として用
いると良好な熱伝達を得ることができるため、特に有効
である。
以下に本発明の実施例を説明する。
所定の組成を有する希土類・ニッケル合金をアーク溶解
炉にて作製し、ボールミル法で粒径３μｍ程度の微粉末
に粉砕した後、プレス成形し圧粉体を得た。この圧粉体
をArガス雰囲気中で焼結した。
炉にて作製し、ボールミル法で粒径３μｍ程度の微粉末
に粉砕した後、プレス成形し圧粉体を得た。この圧粉体
をArガス雰囲気中で焼結した。
得られた焼結体の密度（ρ）、常磁率の測定より求めた
有効ボア磁子数（μeff）、キュリー点（Tc）、熱伝導
率（Tcにおける値）を測定した。この測定値を合金組成
及び焼結条件と併せて第１表に示す。
有効ボア磁子数（μeff）、キュリー点（Tc）、熱伝導
率（Tcにおける値）を測定した。この測定値を合金組成
及び焼結条件と併せて第１表に示す。
実施例１〜８は本発明に係るものであるが、いずれも有
効ボア磁子数、熱伝導率ともに優れていることがわか
る。実施例１〜６は重希土類元素を35wt％以上含有する
ものであるが、実施例７との比較から明らかなように有
効ボア磁子数が大きく、熱磁気効果に優れていることが
わかる。
効ボア磁子数、熱伝導率ともに優れていることがわか
る。実施例１〜６は重希土類元素を35wt％以上含有する
ものであるが、実施例７との比較から明らかなように有
効ボア磁子数が大きく、熱磁気効果に優れていることが
わかる。
また比較例1,2はともにRNi2なる組成で希土類元素が少
ない例であり、比較例３はRNiなる組成で希土類元素が
多い例であるが、いずれも密度が小さく焼結性に劣るこ
とがわかる。従って熱伝導性に非常に劣っており、磁気
作業物質としての利用は困難である。
ない例であり、比較例３はRNiなる組成で希土類元素が
多い例であるが、いずれも密度が小さく焼結性に劣るこ
とがわかる。従って熱伝導性に非常に劣っており、磁気
作業物質としての利用は困難である。
また、実施例１について900℃×150Hの熱処理を施し
た。すると熱伝導率は500mw/cm・Ｋと向上することが確
認された。他のものについても同様であった。
た。すると熱伝導率は500mw/cm・Ｋと向上することが確
認された。他のものについても同様であった。
以上のごとく、本発明は磁気作業物質として磁性焼結体
を用いることを可能にしたものであり、磁気冷凍機の性
能向上また蓄冷タイプの磁気冷凍機の実用化に対するメ
リットは大なるものである。
を用いることを可能にしたものであり、磁気冷凍機の性
能向上また蓄冷タイプの磁気冷凍機の実用化に対するメ
リットは大なるものである。
Claims (3)
- 【請求項１】元素周期律表でLaからYbまでの希土類元素
及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のうちの少なくとも一種を55〜
65重量％含み、残部実質的にNiからなるRNi−RNi2間の
組成の焼結体を用いたことを特徴とする磁性焼結体。 - 【請求項２】前記焼結体の焼結密度が8g/cm3以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁性焼結
体。 - 【請求項３】前記焼結体は磁気冷凍作業物質用であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
の磁性焼結体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60020029A JPH0765136B2 (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 磁性焼結体 |
| US06/824,219 US4849017A (en) | 1985-02-06 | 1986-01-30 | Magnetic refrigerant for magnetic refrigeration |
| EP86101446A EP0193743B1 (en) | 1985-02-06 | 1986-02-04 | Magnetic refrigerant for magnetic refrigeration |
| DE8686101446T DE3671479D1 (de) | 1985-02-06 | 1986-02-04 | Magnetische werkstoffe fuer magnetische kuehlung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60020029A JPH0765136B2 (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 磁性焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61183435A JPS61183435A (ja) | 1986-08-16 |
| JPH0765136B2 true JPH0765136B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=12015643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60020029A Expired - Fee Related JPH0765136B2 (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 磁性焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765136B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0199056U (ja) * | 1987-12-23 | 1989-07-03 | ||
| DE112007003401T5 (de) | 2007-12-27 | 2010-01-07 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Verbundgegenstand mit magnetokalorisch aktivem Material und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP2013153165A (ja) * | 2013-01-22 | 2013-08-08 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | 磁気熱量活性物質を有する複合構造体及びその製造方法 |
| CN112629059B (zh) * | 2020-12-31 | 2024-03-29 | 包头稀土研究院 | 评价室温磁制冷材料制冷能力的方法及热交换装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5485106A (en) * | 1977-12-20 | 1979-07-06 | Seiko Epson Corp | Magnet made from inter-rare-earth-metallic compound |
| US4408463A (en) * | 1982-01-20 | 1983-10-11 | Barclay John A | Wheel-type magnetic refrigerator |
-
1985
- 1985-02-06 JP JP60020029A patent/JPH0765136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61183435A (ja) | 1986-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |