KR101553091B1 - Method for producing metal-based materials for magnetic cooling or heat pumps - Google Patents

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Abstract

자기 냉각 또는 히트 펌프용 금속계 재료를 제조하는 방법은, a) 고상 및/또는 액상의 금속계 재료에 상응하는 화학양론으로 화학 원소 및/또는 합금들을 반응시키는 단계; b) 적절한 경우에 단계 a)에서 얻어진 반응 생성물을 고상으로 전환하는 단계; c) 단계 a) 또는 b)로부터 얻어진 고상을 소결 및/또는 열처리하는 단계; d) 단계 c)로부터 얻어진 소결 및/또는 열처리된 고상을 적어도 100 K/s의 냉각 속도로 급랭시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a metal-based material for a self-cooling or heat pump comprises the steps of: a) reacting chemical elements and / or alloys with a stoichiometry corresponding to solid and / or liquid metal-based materials; b) if appropriate, converting the reaction product obtained in step a) to a solid phase; c) sintering and / or heat treating the solid phase obtained from step a) or b); d) quenching the sintered and / or heat treated solid phase obtained from step c) at a cooling rate of at least 100 K / s.

Description

자기 냉각 또는 히트 펌프를 위한 금속계 재료를 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING METAL-BASED MATERIALS FOR MAGNETIC COOLING OR HEAT PUMPS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a metal-

본 발명은, 자기 냉각(magnetic cooling) 또는 히트 펌프를 위한 금속계 재료를 제조하는 방법, 그러한 형태의 재료 및 그 재료의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따라 제조된 그러한 재료는 자기 냉각, 히트 펌프, 또는 공조 시스템에 이용된다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal-based material for magnetic cooling or a heat pump, and to the use of such materials and materials thereof. Such materials made in accordance with the present invention are used in self-cooling, heat pumps, or air conditioning systems.

그러한 형태의 재료는 대체로 공지된 것으로, 예를 들면 국제 특허 출원 공개 공보 WO 2004/068512에 개시되어 있다. 자기 냉각 기법은 자기 열량 효과(magnetocaloric effect : MCE)에 기반한 것으로, 공지의 증기 순환 냉각법에 대한 대안이 될 수 있다. 자기 열량 효과를 나타내는 재료에서, 랜덤하게 정렬된 자기 모멘트의 외부 자기장에 의한 정렬은 그 재료에서의 발열을 초래한다. 이 열은 열전달에 의해 MCE 재료로부터 주위 환경으로 제거될 수 있다. 그 후에, 자기장이 꺼지거나 제거되면, 자기 모멘트는 다시 랜덤 배열 상태로 되돌아오며, 이는 그 재료가 주위 온도 아래로 냉각되게 한다. 이러한 효과는 냉각용으로 개발될 수 있다(2002년 1월 10일자 Nature 415호 제150-152면 참조). 통상, 자기 열량 재료로부터 열을 제거하는 데에는 통상 물과 같은 열전달 매체가 이용되고 있다.Such a type of material is generally known, for example, in International Patent Application Publication No. WO 2004/068512. The self-cooling technique is based on the magnetocaloric effect (MCE) and can be an alternative to the known steam circulation cooling method. In a material exhibiting a magnetocaloric effect, alignment by an external magnetic field of randomly aligned magnetic moments results in heat generation in the material. This heat can be removed from the MCE material to the ambient environment by heat transfer. Thereafter, when the magnetic field is turned off or removed, the magnetic moment returns to the random arrangement again, which causes the material to cool below ambient temperature. These effects can be developed for cooling (see Nature 415, Jan. 15, 2002, pages 150-152). Generally, a heat transfer medium such as water is used to remove heat from the magnetocaloric material.

통상의 그러한 재료는 그 재료의 시작 원소 또는 시작 합금을 볼 밀(ball mill)에서 고상 반응(solid phase reaction)시키고, 이어서 압축 성형하고 불활성 가스 분위기에서 소결 및 열처리한 후에 서서히 상온으로 냉각시킴으로써 제조하고 있다. 이러한 프로세스는 예를 들면 J. Appl. Phys. 99, 2006, 08Q107에 개시되어 있다.A typical such material is prepared by solid phase reaction of the starting element or starting alloy of the material in a ball mill, followed by compression molding, sintering in an inert gas atmosphere and heat treatment and then slowly cooling to room temperature have. This process is described, for example, in J. Appl. Phys. 99, 2006, 08Q107.

용융 스피닝(melt spinning)에 의해 처리하는 것도 가능하다. 이는 원소를 보다 균질하게 분포시켜, 자기 열량 효과를 개선시킬 수 있다(Rare Metals의 2006년 10월 25호 제544-549면 참조). 여기에 개시된 프로세스에서는 시작 원소를 먼저 아르곤 가스 분위기 내에서 유도 용융시킨 후에 용융 상태에서 노즐을 통해 회전하는 구리 롤러 상에 분무한다. 그 후에, 1000℃에서 소결하고 상온으로 서서히 냉각시킨다.It is also possible to treat by melt spinning. This can distribute the elements more homogeneously and improve the magnetic calorie effect (see Rare Metals, 25th October 2006, pages 544-549). In the process disclosed herein, the starting element is first inductively melted in an argon gas atmosphere and then sprayed onto a copper roller rotating through the nozzle in a molten state. Thereafter, it is sintered at 1000 캜 and is slowly cooled to room temperature.

공지의 프로세스에 의해 얻어진 재료는 종종 높은 열 이력(thermal hysteresis)을 나타낸다. 게르마늄 또는 규소로 치환된 Fe2P 타입의 화합물에서, 열 이력은 10K 이상의 넓은 범위의 큰 값이 관찰되고 있다. 따라서, 그 재료들은 자기 열량 냉각에 아주 적합하지 않다.Materials obtained by known processes often exhibit high thermal hysteresis. In a Fe 2 P type compound substituted with germanium or silicon, a large value of heat history is observed over a wide range of 10K or more. Therefore, the materials are not well suited for magnetocaloric cooling.

본 발명의 목적은 열 이력이 감소된 자기 냉각용 금속계 재료를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다. 이와 동시에, 큰 자기 열량 효과(MCE)가 달성되어야 한다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal-based material for self-cooling with reduced thermal history. At the same time, a large magnetic calorie effect (MCE) must be achieved.

그러한 목적은, 본 발명에 따르면, According to the present invention,

a) 고상 및/또는 액상의 금속계 재료에 상응하는 화학양론으로 화학 원소 및/또는 합금들을 반응시키는 단계;a) reacting chemical elements and / or alloys with a stoichiometry corresponding to a solid and / or liquid metal-based material;

b) 해당되는 경우에 단계 a)에서 얻어진 반응 생성물을 고상으로 전환하는 단계;b) if appropriate, converting the reaction product obtained in step a) to a solid phase;

c) 단계 a) 또는 b)로부터 얻어진 고상 물질을 소결 및/또는 열처리하는 단계;c) sintering and / or heat treating the solid material obtained from step a) or b);

d) 단계 c)로부터 얻어진 소결 및/또는 열처리된 고상 물질을 적어도 100 K/s의 냉각 속도로 급랭시키는 단계d) quenching the sintered and / or heat treated solid matter obtained from step c) at a cooling rate of at least 100 K / s

를 포함하는 자기 냉각 또는 히트 펌프용 금속계 재료를 제조하는 방법에 의해 달성된다.And a method of manufacturing a metal-based material for a self-cooling or heat pump.

본 발명에 따르면, 그 금속계 재료가 소결 및/또는 열처리 후에 주위 온도로 서서히 냉각되는 것이 아니라 큰 냉각 속도로 급랭되는 경우에 열 이력을 현저히 감소시킬 수 있다는 점을 확인하였다. 그 냉각 속도는 적어도 100 K/s이다. 냉각 속도는 바람직하게는 100 내지 10000 K/s, 보다 바람직하게는 200 내지 1300 K/s이다. 특히 바람직하게는 냉각 속도는 300 내지 1000 K/s이다.According to the present invention, it has been confirmed that the thermal history can be remarkably reduced when the metal-based material is quenched at a large cooling rate instead of gradually cooling to the ambient temperature after sintering and / or heat treatment. The cooling rate is at least 100 K / s. The cooling rate is preferably 100 to 10000 K / s, and more preferably 200 to 1300 K / s. Particularly preferably, the cooling rate is 300 to 1000 K / s.

이러한 급랭은 임의의 적절한 냉각 프로세스에 의해, 예를 들면 차가운 물이나 얼음/물 혼합물과 같은 물 또는 수성 액체에서 고상 물질을 급랭시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 고상 물질을 얼음/차가운 물에 담글 수 있다. 또한, 고상 물질을 액체 질소와 같은 과냉 기체에 의해 급랭시킬 수도 있다. 다른 급랭 프로세스는 당업자에게 공지되어 있다. 유익한 것은 제어된 급속 냉각이다.This quenching can be achieved by any suitable cooling process, for example by quenching the solid matter in water or an aqueous liquid such as cold water or an ice / water mixture. For example, solid matter can be soaked in ice / cold water. In addition, the solid material may be quenched by a sub-cooled gas such as liquid nitrogen. Other quench processes are known to those skilled in the art. Beneficial is controlled rapid cooling.

이론에 제한되고자 하는 것은 아니지만, 감소된 열 이력은 급랭된 조성물에 대한 보다 작은 입자 크기에 기인할 수 있다.Without wishing to be bound by theory, the reduced thermal history can be attributed to the smaller particle size for the quenched composition.

종래에 공지된 프로세스에서, 소결 및 열 처리 후에는 각각 서냉이 이루어져, 큰 입자 크기를 초래하고 이에 따라 열 이력을 증가시킨다.In the conventionally known process, after sintering and heat treatment, respectively, the cryogen is formed, resulting in a large particle size and thus a thermal history.

금속계 재료의 제조 과정의 나머지 부분은, 마지막 단계에서 소결 및/또는 열처리된 고상 물질이 본 발명의 냉각 속도로 급랭된다면 중요하진 않다. 그 프로세스는 자기 냉각용의 임의의 적절한 금속계 재료를 제조하는 데에 적용될 수 있다. 자기 냉각용의 통상의 재료는 다중 금속 혼합물로, 종종 적어도 3종의 금속 원소와, 해당되는 경우에 추가로 비금속 원소를 포함한다. 여기서, "금속계 재료"라는 용어는 그 재료가 상당 비율의 금속 또는 금속성 원소로 이루어짐을 의미한다. 통상, 전체 재료에서의 그 비율은 적어도 50중량%, 바람직하게는 적어도 75중량%, 특히 바람직하게는 적어도 80중량%이다. 이하에서 적절한 금속계 재료에 대해 상세하게 설명한다. The remainder of the manufacturing process of the metal-based material is not critical if the solid material sintered and / or heat treated in the last step is quenched at the cooling rate of the present invention. The process can be applied to produce any suitable metal-based material for self-cooling. Conventional materials for self-cooling are multi-metal mixtures, often containing at least three metallic elements and, if applicable, further non-metallic elements. Here, the term "metal-based material" means that the material consists of a substantial proportion of metallic or metallic elements. Typically, the proportion in the total material is at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, particularly preferably at least 80% by weight. Hereinafter, a suitable metal-based material will be described in detail.

본 발명에 따른 방법의 단계 a)에서, 후에 금속계 재료 내에 존재하게 될 원소 및/또는 합금들은 고상 또는 액상의 금속계 재료에 상응하는 화학양론으로 반응한다.In step a) of the process according to the invention, the elements and / or alloys which will later be present in the metal-based material react in a stoichiometrical manner corresponding to solid or liquid metal-based materials.

단계 a)에서의 반응을, 폐쇄된 용기 또는 압출기 내에 원소 및/또는 합금들을 함께 가열함으로써 수행하거나 볼 밀에서의 고상 반응에 의해 수행하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 특히 볼 밀에서 이루어지는 고상 반응을 수행한다. 이러한 반응은 기본적으로 공지되어 있다(도입부에 인용한 문헌 참조). 통상, 금속계 재료 내에 존재할 개개의 원소의 분말 또는 2종 이상의 원소의 합금의 분말이 적절한 중량비로 분말 형태로 혼합된다. 필요한 경우, 그 혼합물은 미세 결정질 분말 혼합물이 얻어지도록 추가로 분쇄될 수 있다. 바람직하게는, 그 분말 혼합물은, 크기를 더욱 감소시킴은 물론 양호한 혼합이 이루어지고 또한 분말 혼합물에서 고상 반응이 이루어지도록 볼 밀에서 가열된다.The reaction in step a) is preferably carried out by heating the elements and / or alloys together in a closed vessel or extruder, or by a solid phase reaction in a ball mill. Particularly preferably in a ball mill. This reaction is basically known (see literature cited in the introduction). Usually, the powders of the individual elements present in the metal-based material or the powders of the alloys of two or more elements are mixed in powder form at an appropriate weight ratio. If desired, the mixture may be further pulverized to obtain a microcrystalline powder mixture. Preferably, the powder mixture is heated in a ball mill to further reduce size and to achieve good mixing and to achieve a solid phase reaction in the powder mixture.

대안적으로, 개개의 원소를 선택된 화학양론으로 분말로서 혼합한 후에 용융시킨다.Alternatively, the individual elements are mixed as powders in the selected stoichiometry and then melted.

폐쇄된 용기에서의 공동 가열은 휘발성 원소의 정착(fixing) 및 화학양론의 제어가 가능하다. 특히, 인을 사용하는 경우에, 인은 오븐 시스템에서 쉽게 기화할 것이다.Co-heating in a closed vessel allows fixing of volatile elements and control of stoichiometry. In particular, when phosphorus is used, phosphorus will easily vaporize in the oven system.

그러한 반응 후에는 고상 물질의 소결 및/또는 열처리가 이어지며, 이를 위해 하나 이상의 중간 단계가 제공될 수 있다. 예를 들면, 단계 a)에서 얻어진 고상 물질은 소결 및/또는 열처리되기 전에 압축 성형될 수 있다. 이는 재료의 밀도를 증가시켜, 높은 밀도의 자기 열량 재료가 추후의 용례에 존재하게 할 수 있다. 이는 상당한 비용 절감과 관련될 수 있는 자기장이 존재하게 되는 체적의 감소를 달성할 수 있다는 점에서 특히 유리하다. 압축 성형은 본질적으로 공지된 것으로, 압축 성형 기구의 사용 여부에 관계없이 수행될 수 있다. 압축 성형을 위해 임의의 적절한 몰드가 이용될 수 있다. 이러한 압축 성형에 의해 원하는 3차원 구조의 성형체를 미리 얻을 수도 있다. 압축 성형 후에 단계 c)의 소결 및/또는 열처리를 행하고, 이어서 단계 d)의 급랭을 행할 수 있다.After such a reaction, the sintering and / or heat treatment of the solid material is followed, and one or more intermediate steps may be provided for this purpose. For example, the solid material obtained in step a) may be compression molded before sintering and / or heat treatment. This increases the density of the material so that high density magnetic calorific material can be present in future applications. This is particularly advantageous in that it is possible to achieve a reduction in the volume at which a magnetic field is present which can be associated with significant cost savings. Compression molding is essentially known and can be carried out with or without the use of a compression molding apparatus. Any suitable mold may be used for compression molding. By this compression molding, a molded body having a desired three-dimensional structure can be obtained in advance. After compression molding, sintering and / or heat treatment of step c) may be performed followed by quenching of step d).

대안적으로, 볼 밀에서 얻어진 고상 물질을 용융 스피닝 프로세스로 보낼 수 있다. 용융 스피닝 프로세스는 본질적으로 공지된 것으로, 예를 들면 Rare Metals의 2006년 10월 25호(제544-549면 참조) 및 국제 특허 출원 공개 공보 WO 2004/068512에 개시되어 있다.Alternatively, the solid material obtained from the ball mill can be sent to the melt spinning process. The molten spinning process is known in the art and is disclosed, for example, in Rare Metals, Oct. 25, 2006 (see pages 544-549) and in International Patent Application Publication No. WO 2004/068512.

이 프로세스에서, 단계 a)에서 얻어진 조성물은 용융되어, 회전하는 저온 금속 롤러 상에 분무된다. 이러한 분무는 분무 노즐의 상류측에서의 상승된 압력 또는 분무 노즐의 하류측에서의 감소된 압력에 의해 달성될 수 있다. 통상, 회전하는 구리 드럼 또는 롤러가 이용될 수 있고, 이 드럼 또는 롤러는 적절한 경우 추가적으로 냉각될 수 있다. 구리 드럼은 바람직하게는 10 내지 40 m/s의 표면 속도로, 특히 20 내지 30 m/s의 표면 속도로 회전한다. 액상 조성물은 구리 드럼 상에서 바람직하게는 102 내지 107 K/s의 속도로, 보다 바람직하게는 적어도 104 K/s의 속도로, 특히 바람직하게는 0.5×106 내지 2×106 K/s의 속도로 냉각된다.In this process, the composition obtained in step a) is melted and sprayed onto a rotating low-temperature metal roller. Such spraying may be accomplished by an elevated pressure on the upstream side of the spray nozzle or a reduced pressure on the downstream side of the spray nozzle. Typically, a rotating copper drum or roller can be used, and the drum or roller can be further cooled, if appropriate. The copper drum is preferably rotated at a surface speed of 10 to 40 m / s, particularly at a surface speed of 20 to 30 m / s. The liquid composition is preferably applied on the copper drum at a speed of from 10 2 to 10 7 K / s, more preferably at a speed of at least 10 4 K / s, particularly preferably from 0.5 × 10 6 to 2 × 10 6 K / s. < / RTI >

용융 스피닝은 단계 a)에서의 반응과 마찬가지로 감압 하에서 또는 불활성 가스 분위기에서 수행될 수 있다.Melting spinning can be carried out under reduced pressure or in an inert gas atmosphere as in the reaction in step a).

용융 스피닝은 후속 소결 및 열처리를 단축시킬 수 있기 때문에 높은 처리 속도를 달성한다. 따라서, 특히 산업적 규모에서는 금속계 재료의 제조가 경제적인 측면에서 상당히 더 실용적이게 된다. 분무 건조(spray drying)는 또한 높은 처리 속도를 이끌어 낼 수 있다. 용융 스피닝을 수행하는 것이 특히 바람직하다.Melting spinning achieves high throughput rates because it can shorten subsequent sintering and heat treatment. Thus, especially on an industrial scale, the production of metallic materials is considerably more practical in terms of economy. Spray drying can also lead to high throughput rates. It is particularly preferred to perform melt spinning.

대안적으로, 단계 b)에서, 단계 a)로부터 얻어진 조성물의 용융물을 분무 타워 내로 분무하는 분무 냉각이 수행될 수 있다. 분무 타워는 예를 들면 추가로 냉각될 수 있다. 분무 타워에서, 103 내지 105 K/s 범위, 특히 약 104 K/s의 냉각 속도를 종종 달성한다.Alternatively, in step b) spray cooling may be performed to spray the melt of the composition obtained from step a) into the spray tower. The spray tower can be further cooled, for example. At the spray tower, a cooling rate of 10 3 to 10 5 K / s, especially about 10 4 K / s, is often achieved.

고상 물질의 소결 및/또는 열처리는 단계 c)에서 바람직하게는 먼저 800 내지 1400 ℃ 범위의 온도에서 먼저 소결하고, 이어서 500 내지 750℃ 범위의 온도에서 열처리함으로써 이루어진다. 그러한 온도값은 특히 성형체에 적용되지만, 분말에 대해서는 보다 낮은 소결 및 열처리 온도가 이용될 수 있다. 그 경우에, 예를 들면 소결이 500 내지 800℃ 범위의 온도에서 이루어질 수 있다. 성형체/고상의 경우, 소결은 바람직하게는 1000 내지 1300℃ 범위의 온도에서, 특히 바람직하게는 1100 내지 1300℃의 온도에서 이루어진다. 그 후에, 열처리가 예를 들면 600 내지 700 ℃에서 이루어질 수 있다.The sintering and / or heat treatment of the solid material is effected in step c), preferably by first sintering at a temperature in the range of 800 to 1400 占 폚 and then at a temperature in the range of 500 to 750 占 폚. Such temperature values are particularly applicable to the shaped body, but lower sintering and heat treatment temperatures may be used for the powder. In that case, for example, the sintering can be carried out at a temperature in the range of 500 to 800 ° C. In the case of the molded body / solid phase, the sintering is preferably carried out at a temperature in the range of 1000 to 1300 占 폚, particularly preferably at a temperature of 1100 to 1300 占 폚. Thereafter, the heat treatment may be performed at, for example, 600 to 700 占 폚.

소결은 바람직하게는 1 내지 50시간, 보다 바람직하게는 2 내지 20시간, 특히 바람직하게는 5 내지 15시간 동안 수행된다. 열처리는 바람직하게는 10 내지 100 시간, 보다 바람직하게는 10 내지 60시간, 특히 바람직하게는 30 내지 50시간 범위의 시간 동안 수행된다. 정확한 시간은 재료에 따른 실무 요건에 따라 조절될 수 있다.The sintering is preferably performed for 1 to 50 hours, more preferably 2 to 20 hours, particularly preferably 5 to 15 hours. The heat treatment is preferably performed for 10 to 100 hours, more preferably 10 to 60 hours, particularly preferably 30 to 50 hours. The exact time can be adjusted according to the material requirements of the material.

용융 스피닝 프로세스를 이용하는 경우에, 소결은 종종 생략할 수 있고, 열처리는 예를 들면 5분 내지 5시간, 바람직하게는 10분 내지 1시간의 시간으로 상당히 단축시킬 수 있다. 이는 그렇지 않은 통상의 소결을 위한 10시간 및 열처리를 위한 50시간과 비교할 때에 시간적으로 상당한 이점을 갖는다.In the case of using a melt spinning process, sintering can often be omitted, and the heat treatment can be considerably shortened, for example, from 5 minutes to 5 hours, preferably from 10 minutes to 1 hour. This has significant temporal advantages when compared to 10 hours for normal sintering and 50 hours for heat treatment.

소결 및/또는 열처리는 입자 경계의 부분적인 용융을 초래하여 그 재료가 더욱 치밀해지게 한다.The sintering and / or heat treatment results in partial melting of the grain boundaries, making the material more dense.

따라서, 단계 b)에서 용융시키고 급속 냉각시키면 단계 c)의 지속 시간을 상당히 감소시킬 수 있다. 이는 또한 금속계 재료의 연속 제조를 가능하게 한다.Thus, melting and rapid cooling in step b) can significantly reduce the duration of step c). This also enables the continuous production of metal-based materials.

본 발명에 따르면 이하의 순서에 따른 방법이 특히 바람직하다.According to the present invention, a method according to the following procedure is particularly preferable.

a) 금속계 재료에 상응하는 화학양론으로 화학 원소 및/또는 합금을 볼 밀에서 고상 반응시키고,a) solid-phase reaction of a chemical element and / or an alloy in a ball mill with a stoichiometry corresponding to the metal-based material,

b) 단계 a)에서 얻어진 재료를 용융 스피닝하며,b) melt spinning the material obtained in step a)

c) 단계 b)로부터 얻어진 고상 물질을 430 내지 1200℃, 바람직하게는 800 내지 1000℃ 범위의 온도에서 10초 또는 1분 내지 5시간, 바람직하게는 30분 내지 2시간 동안 열처리하고,c) subjecting the solid material obtained from step b) to a heat treatment at a temperature in the range of 430 to 1200 ° C, preferably 800 to 1000 ° C for 10 seconds or 1 minute to 5 hours, preferably 30 minutes to 2 hours,

d) 단계 c)에서 열처리된 성형체를 200 내지 1300 K/s의 냉각 속도로 급랭시킨다.d) The shaped body heat-treated in step c) is quenched at a cooling rate of 200 to 1300 K / s.

본 발명에 따른 방법은 임의의 적절한 금속계 재료에 이용될 수 있다.The method according to the invention can be used for any suitable metal-based material.

금속계 재료는 보다 바람직하게는 이하의 화합물로부터 선택된다.The metal-based material is more preferably selected from the following compounds.

(1) 이하의 일반 화학식(Ⅰ)의 화합물(1) a compound of general formula (I)

(AyB1-y)2+δCwDxEz (Ⅰ)(A y B 1-y ) 2 + 隆 C w D x E z (I)

여기서, A : Mn 또는 Co,Here, A: Mn or Co,

B : Fe, Cr 또는 Ni, B: Fe, Cr or Ni,

C, D, E : C, D, E 중 적어도 둘은 서로 다르고 비소멸 농도(non-vanishing concentration)를 갖고 P, B, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As 및 Sb로부터 선택되며, C, D, E 중 적어도 하나는 Ge 또는 Si, C, D and E: at least two of C, D and E are different and are selected from P, B, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As and Sb with non- , At least one of C, D and E is Ge or Si,

δ : -0.1 내지 0.1 범위의 수,?: a number in the range of -0.1 to 0.1,

w, x, y, z : 0 내지 1 범위의 수로서 w + x + z = 1;w, x, y, z: w + x + z = 1 in the range of 0 to 1;

(2) 이하의 일반 화학식 (Ⅱ), (Ⅲ), 및/또는 (Ⅳ)의 La계 및 Fe계 화합물(2) The La-based and Fe-based compounds represented by the following general formulas (II), (III), and /

La(FexAl1 -x)13Hy 또는 La(FexSi1 -x)13Hy (Ⅱ)La (Fe x Al 1 -x ) 13 H y or La (Fe x Si 1 -x ) 13 H y (II)

여기서, x : 0.7 내지 0.95 범위의 수,Where x is a number in the range of 0.7 to 0.95,

y : 0 내지 3, 바람직하게는 0 내지 2 범위의 수;y is a number ranging from 0 to 3, preferably from 0 to 2;

La(FexAlyCoz)13 또는 La(FexSiyCoz)13 (Ⅲ)La (Fe x Al y Co z ) 13 or La (Fe x Si y Co z ) 13 (III)

여기서, x : 0.7 내지 0.95 범위의 수,Where x is a number in the range of 0.7 to 0.95,

y : 0.05 내지 1-x 범위의 수,y is a number in the range of 0.05 to 1-x,

z : 0.005 내지 0.5 범위의 수;z is a number in the range of 0.005 to 0.5;

LaMnxFe2 - xGe (Ⅳ)LaMn x Fe 2 - x Ge (IV)

여기서, x : 1.7 내지 1.95 범위의 수,Where x is a number in the range of 1.7 to 1.95,

(3) MnTP 타입의 호이슬러 합금(Heusler alloy)(여기서, T는 전이 금속, P는 원자당 전자수 e/a가 7 내지 8.5 범위인 p-도핑 금속이다).(3) a Heusler alloy of the MnTP type, wherein T is a transition metal, and P is a p-doped metal having an electron number e / a in the range of 7 to 8.5 per atom.

본 발명에 있어서 특히 적절한 재료는 예를 들면 국제 특허 출원 공개 공보 WO 2004/068512, Rare Metals(2006년 25호 제544-549면 참조), J. Appl. Phys.(99, 08Q107 (2006)), Nature(2002년 1월 10일 415호 제150-152면 참조), 및 Physica B(327 (2003), 제431-437면 참조)에 개시되어 있다.Particularly suitable materials for the present invention are described, for example, in International Patent Application Publication No. WO 2004/068512, Rare Metals (see No. 254, pages 544-549, 2006), J. Appl. Phys., Vol. 99, 08Q107 (2006), Nature (Jan. 10, 2002, 415, pp. 150-152), and Physica B (327 (2003), 431-437).

상기한 일반 화학식(Ⅰ)의 화합물에서, C, D, 및 E는 바람직하게는 동일하거나 상이하며 P, Ge, Si, Sn 및 Ga 중 적어도 1종으로부터 선택된다.In the above general formula (I), C, D and E are preferably the same or different and are selected from at least one of P, Ge, Si, Sn and Ga.

일반 화학식(Ⅰ)의 금속계 재료는 바람직하게는 Mn, Fe, P, 및 해당되는 경우에 Sb를 포함하고, 추가로 Ge, 또는 Si, 또는 As, 또는 Ge 및 Si, 또는 Ge 및 As 또는 Si 및 As 또는 Ge, Si 및 As를 더 포함하는 적어도 4원 화합물(quaternary compound)로부터 선택된다.The metal-based material of general formula (I) preferably comprises Mn, Fe, P and, if applicable, Sb, further comprising Ge or Si, or As, or Ge and Si, or Ge and As or Si and As or Ge, at least one quaternary compound further comprising Si and As.

바람직하게는 성분 A의 적어도 90중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95중량%가 Mn이다. 바람직하게는 성분 B의 적어도 90중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95중량%가 Fe이다. 바람직하게는 성분 C의 적어도 90중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95중량%가 P이다. 바람직하게는 성분 D의 적어도 90중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95중량%가 Ge이다. 바람직하게는 성분 E의 적어도 90중량%, 보다 바람직하게는 적어도 95중량%가 Si이다.Preferably, at least 90 wt.%, More preferably at least 95 wt.% Of component A is Mn. Preferably, at least 90 wt.%, More preferably at least 95 wt.% Of component B is Fe. Preferably at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, of component C is P. Preferably, at least 90 wt.%, More preferably at least 95 wt.% Of component D is Ge. Preferably, at least 90 wt.%, More preferably at least 95 wt.% Of component E is Si.

이 재료는 바람직하게는 일반 화학식 MnFe(PwGexSiz)를 갖는다.The material preferably has the general formula MnFe (P w Ge x Si z).

이 경우, x는 바람직하게는 0.3 내지 0.7 범위의 수이고, w는 1-x 이하이며, z는 1-x-w이다.In this case, x is preferably a number in the range of 0.3 to 0.7, w is 1-x or less, and z is 1-x-w.

그 재료는 바람직하게는 육방정 Fe2P 구조를 갖는다. 적절한 구조의 예로는 MnFeP0.45 내지 0.7Ge0 .55 내지 0,30 및 MnFeP0 .5 내지 0.70(Si/Ge)0.5 내지 0.30이 있다.The material preferably has a hexagonal Fe 2 P structure. An example of a suitable construction is a MnFeP 0.45 to 0.7 Ge 0 .55 to 0,30 and MnFeP 0 .5 to 0.70 (Si / Ge) 0.5 to 0.30.

적절한 화합물로는 추가로 Mn1+xFe1-xP1-yGey(여기서, x는 -0.3 내지 0.5 범위, y는 0.1 내지 0.6 범위)가 있다. 마찬가지로, 일반 화학식 Mn1+xFe1-xP1-yGey-zSbz(여기서, x는 -0.3 내지 0.5 범위, y는 0.1 내지 0.6 범위, 그리고 z는 y보다 작은 0.2 미만의 수)도 적합하다. 또한, 일반 화학식 Mn1+xFe1-xP1-yGey-zSiz(여기서, x는 0.3 내지 0.5 범위, y는 0.1 내지 0.66 범위, 그리고 z는 y이하의 0.6 미만의 수)도 적합하다.Suitable compounds further include Mn 1 + x Fe 1-x P 1 -y Ge y where x ranges from -0.3 to 0.5 and y ranges from 0.1 to 0.6. Similarly, the general formula Mn 1 + x Fe 1-x P 1-y Ge yz Sb z (where x is in the range of -0.3 to 0.5, y is in the range of 0.1 to 0.6, and z is a number less than 0.2, Suitable. Further, the general formula Mn 1 + x Fe 1-x P 1-y Ge yz Si z ( where, x is 0.3 to 0.5 range, y is from 0.1 to 0.66 range, and z is a number less than 0.6 less than y) is also suitable Do.

일반 화학식 (Ⅱ), (Ⅲ), 및/또는 (Ⅳ)의 바람직한 La계 및 Fe계 화합물로는 La(Fe0.90Si0.10)13, La(Fe0 .89Si0 .11)13, La(Fe0 .880Si0 .120)13, La(Fe0 .877Si0 .123)13, LaFe11.8Si1.2, La(Fe0.88Si0.12)13H0.5, La(Fe0.88Si0.12)13H1.0, LaFe11.7Si1.3H1.1, LaFe11.57Si1.43H1.3, La(Fe0.88Si0.12)H1.5, LaFe11.2Co0.7Si1.1, LaFe11.5Al1.5C0.1, LaFe11.5Al1.5C0.2, LaFe11.5Al1.5C0.4, LaFe11.5Al1.5Co0.5, La(Fe0.94Co0.06)11.83Al1.17, La(Fe0.92Co0.08)11.83Al1.17이 있다.General formula (Ⅱ), (Ⅲ), and / or (Ⅳ) Preferred La-based, and Fe-based compound as the La (Fe 0.90 Si 0.10) 13 , of the La (Fe 0 .89 Si 0 .11 ) 13, La ( Fe 0 .880 Si 0 .120) 13 , La (Fe 0 .877 Si 0 .123) 13, LaFe 11.8 Si 1.2, La (Fe 0.88 Si 0.12) 13 H 0.5, La (Fe 0.88 Si 0.12) 13 H 1.0 , LaFe 11.7 Si 1.3 H 1.1 , LaFe 11.57 Si 1.43 H 1.3 , La (Fe 0.88 Si 0.12 ) H 1.5 , LaFe 11.2 Co 0.7 Si 1.1 , LaFe 11.5 Al 1.5 C 0.1 , LaFe 11.5 Al 1.5 C 0.2 , LaFe 11.5 Al 1.5 C 0.4 , LaFe 11.5 Al 1.5 Co 0.5 , La (Fe 0.94 Co 0.06 ) 11.83 Al 1.17 , and La (Fe 0.92 Co 0.08 ) 11.83 Al 1.17 .

적절한 망간 함유 화합물로는, MnFeGe, MnFe0.9Co0.1Ge, MnFe0.8Co0.2Ge, MnFe0.7Co0.3Ge, MnFe0.6Co0.4Ge, MnFe0.5Co0.5Ge, MnFe0.4Co0.6Ge, MnFe0.3Co0.7Ge, MnFe0.2Co0.8Ge, MnFe0.15Co0.85Ge, MnFe0.1Co0.9Ge, MnCoGe, Mn5Ge2.5Si0.5, Mn5Ge2Si, Mn5Ge1.5Si1.5, Mn5GeSi2, Mn5Ge3, Mn5Ge2.9Sb0.1, Mn5Ge2.8Sb0.2, Mn5Ge2.7Sb0.3, LaMn1.9Fe0.1Ge, LaMn1 .85Fe0 .15Ge, LaMn1 .8Fe0 .2Ge, (Fe0 .9Mn0 .1)3C, (Fe0 .8Mn0 .2)3C, (Fe0.7Mn0.3)3C, Mn3GaC, MnAs, (Mn,Fe)As, Mn1 As0 .8Sb0 .2, MnAs0 .75Sb0 .25, Mn1.1As0.75Sb0.25, Mn1 .5As0 .75Sb0 .25가 있다.Examples of suitable manganese-containing compounds include MnFeGe, MnFe 0.9 Co 0.1 Ge, MnFe 0.8 Co 0.2 Ge, MnFe 0.7 Co 0.3 Ge, MnFe 0.6 Co 0.4 Ge, MnFe 0.5 Co 0.5 Ge, MnFe 0.4 Co 0.6 Ge, MnFe 0.3 Co 0.7 Ge , MnFe 0.2 Co 0.8 Ge, MnFe 0.15 Co 0.85 Ge, MnFe 0.1 Co 0.9 Ge, MnCoGe, Mn 5 Ge 2.5 Si 0.5 , Mn 5 Ge 2 Si, Mn 5 Ge 1.5 Si 1.5 , Mn 5 GeSi 2 , Mn 5 Ge 3 , Mn 5 Ge 2.9 Sb 0.1, Mn 5 Ge 2.8 Sb 0.2, Mn 5 Ge 2.7 Sb 0.3, LaMn 1.9 Fe 0.1 Ge, .8 LaMn 1 .85 Fe 0 .15 Ge, LaMn 1 Fe 0 .2 Ge, (Fe 0 .9 Mn 0 .1) 3 C , (Fe 0 .8 Mn 0 .2) 3 C, (Fe 0.7 Mn 0.3) 3 C, Mn 3 GaC, MnAs, (Mn, Fe) As, Mn 1 + δ As 0 .8 Sb 0 .2 , MnAs 0 .75 Sb 0 .25 , Mn 1.1 As 0.75 Sb 0.25 , Mn 1 .5 As 0 .75 Sb 0 .25 .

본 발명에 있어서 적절한 호이슬러 합금으로는. 예를 들면 Fe2MnSi0.5Ge0.5, Ni52.9Mn22.4Ga24.7, Ni50.9Mn24.7Ga24.4, Ni55.2Mn18.6Ga26.2, Ni51.6Mn24.7Ga23.8, Ni52.7Mn23.9Ga23.4, CoMnSb, CoNb0.2Mn0.8Sb, CoNb0.4Mn0.6Sb, CoNb0.6Mn0.4Sb, Ni50Mn35Sn15, Ni50Mn37Sn13, MnFeP0.45As0.55, MnFeP0 .47As0 .53, Mn1 .1Fe0 .9P0 .47As0 .53, MnFeP0 .89-χSiχGe0 .11(여기서, χ = 0.22, χ = 0.26, χ = 0.30, χ = 0.33)이 있다.Suitable Hoesler alloys in the present invention include: For example, Fe 2 MnSi 0.5 Ge 0.5 , Ni 52.9 Mn 22.4 Ga 24.7 , Ni 50.9 Mn 24.7 Ga 24.4 , Ni 55.2 Mn 18.6 Ga 26.2 , Ni 51.6 Mn 24.7 Ga 23.8 , Ni 52.7 Mn 23.9 Ga 23.4 , CoMnSb, CoNb 0.2 Mn 0.8 Sb, CoNb 0.4 Mn 0.6 Sb , CoNb 0.6 Mn 0.4 Sb, Ni 50 Mn 35 Sn 15, Ni 50 Mn 37 Sn 13, MnFeP 0.45 As 0.55, MnFeP 0 .47 As 0 .53, Mn 1 .1 Fe 0. 9 P 0 .47 As 0 .53 , MnFeP 0 .89-χ Si χ Ge 0 .11 (where χ = 0.22, χ = 0.26, χ = 0.30, χ = 0.33).

본 발명은 또한 전술한 방법에 의해 얻어질 수 있는 자기 냉각용 금속계 재료에 관한 것이다.The present invention also relates to a metal-based material for self-cooling which can be obtained by the above-described method.

게다가, 본 발명은 10 내지 400 nm의 범위, 보다 바람직하게는 20 내지 200 nm의 범위, 특히 바람직하게는 30 내지 80 nm 범위의 평균 결정 크기를 갖는, As 함유 재료를 제외한 조성에 대해 앞서 정의한 바와 같은 자기 냉각용 금속계 재료에 관한 것이다. 평균 결정 크기는 X선 회절에 의해 측정될 수 있다. 결정 크기가 너무 작은 경우에, 최대 자기 열량 효과가 감소한다. 이와 반대로 결정 크기가 너무 큰 경우에 그 시스템의 이력이 상승한다.In addition, the present invention relates to a composition as defined above for a composition other than an As-containing material having an average crystal size in the range of 10 to 400 nm, more preferably in the range of 20 to 200 nm, particularly preferably in the range of 30 to 80 nm And to a self-cooling metal-based material. The average crystal size can be measured by X-ray diffraction. When the crystal size is too small, the maximum magnetic calorie effect decreases. Conversely, when the crystal size is too large, the history of the system increases.

본 발명의 금속계 재료는 바람직하게는 전술한 바와 같이 자기 냉각에 이용된다. 해당 냉동기는 자석, 바람직하게는 영구 자석 외에도 전술한 바와 같은 금속계 재료를 포함한다. 컴퓨터 칩 및 태양광 발전기의 냉각 또한 가능하다. 다른 이용 분야로는 히트 펌프 및 공조 시스템이 있다.The metal-based material of the present invention is preferably used for self-cooling as described above. The refrigerator includes a magnet, preferably a permanent magnet, as well as a metal-based material as described above. Cooling of computer chips and solar generators is also possible. Other applications include heat pumps and air conditioning systems.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 금속계 재료는 임의의 원하는 고상 형상으로 될 수 있다. 이들 재료는 또한 플레이크, 리본, 와이어, 분말 형태나, 성형체 형태를 갖도록 할 수 있다. 모놀리스 또는 허니컴과 같은 성형체를 예를 들면 열간 압출 공정에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 400 내지 1600 CPI 또는 그 이상의 셀 밀도를 갖도록 할 수 있다. 본 발명에 따르면 압연 공정에 의해 얻어질 수 있는 얇은 시트도 바람직하다. 유리한 비다공질 성형체로는 튜브, 플레이트, 메쉬, 그리드 또는 봉과 같은 얇은 형재(形材)로 형성된 것들이 있다. 본 발명에 따르면 금속 사출 성형(metal injection molding : MIM)에 의한 성형도 가능하다.The metal-based material produced by the method according to the present invention can be in any desired solid phase shape. These materials can also be in the form of flakes, ribbons, wires, powders, or shaped bodies. A molded body such as a monolith or a honeycomb can be produced by, for example, a hot extrusion process. For example, it may have a cell density of 400 to 1600 CPI or higher. According to the present invention, a thin sheet obtainable by a rolling process is also preferable. Advantageous non-porous shaped bodies include those formed of thin shapes such as tubes, plates, meshes, grids or rods. According to the present invention, metal injection molding (MIM) molding is also possible.

아래에서 본 발명을 그 실시예에 의해 상세하게 설명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples thereof.

실시예Example

실시예 1Example 1

MnFePGe의 압축 성형 샘플을 수용하는 진공 석영 앰플(ampoule)을 10시간 동안 1100℃에서 유지하여 분말을 소결하였다. 이 소결 후에는 60시간 동안 650℃의 온도에서 열처리하여 균질화시켰다. 오븐에서 상온까지 서냉하는 대신에, 그 샘플을 물 속에서 상온으로 바로 급랭시켰다. 물 속에서의 급랭은 샘플 표면에서 어느 정도의 산화를 야기하였다. 산회된 외피는 묽은 산을 이용하여 에칭하여 제거하였다. XRD(X선 회절) 패턴에서는 모든 샘플들이 Fe2P 형태의 구조로 결정화된 것으로 드러났다.A vacuum quartz ampoule containing a compression molded sample of MnFePGe was maintained at 1100 [deg.] C for 10 hours to sinter the powder. After the sintering, it was heat treated at a temperature of 650 ° C for 60 hours to homogenize it. Instead of slowly cooling from the oven to room temperature, the sample was quenched directly in water to room temperature. Quenching in water caused some oxidation at the sample surface. The crushed husks were removed by etching with dilute acid. In the XRD (X-ray diffraction) pattern, all the samples were found to be crystallized into Fe 2 P type structure.

다음의 조성물을 얻었다.The following composition was obtained.

Mn1 .1Fe0 .9P0 .81Ge0 .19, Mn1 .1Fe0 .9P0 .78Ge0 .22, Mn1 .1Fe0 .9P0 .75Ge0 .25, 및 Mn1.2Fe0.8P0.81Ge0.19. 열 이력에 대해 관찰된 값은 언급한 순서대로 샘플들에 대해 각각 7K, 5K, 2K 및 3K였다. 10K보다 큰 열 이력을 갖는 서냉 샘플과 비교할 때에, 열 이력이 현저히 감소되었다. Mn 1 .1 Fe 0 .9 P 0 .81 Ge 0 .19, Mn 1 .1 Fe 0 .9 P 0 .78 Ge 0 .22, Mn 1 .1 Fe 0 .9 P 0 .75 Ge 0 .25 , And Mn 1.2 Fe 0.8 P 0.81 Ge 0.19 . The observed values for thermal history were 7K, 5K, 2K and 3K, respectively, for the samples in the order mentioned. When compared with the slow cooling sample having a thermal history larger than 10K, the thermal history was remarkably reduced.

그 열 이력은 5 테슬라의 자기장에서 측정하였다.The thermal history was measured at a magnetic field of 5 Tesla.

도 1에서는 자기 변태 온도 근처에서 자기장을 증가시키면서 Mn1.1Fe0.9P0.78Ge0.22를 등온 자화(isothermal magnetization)시키는 것을 나타내고 있다. 5 테슬라에 이르는 자기장에서 큰 MCE를 생성하는 자장 유도 전이 거동(field-induced transition behavior)이 관찰되었다.FIG. 1 shows the isothermal magnetization of Mn 1.1 Fe 0.9 P 0.78 Ge 0.22 while increasing the magnetic field near the magnetic transformation temperature. Field-induced transition behavior was observed that produced large MCEs in magnetic fields of up to 5 Tesla.

자기 변태 온도는 열 이력에 대한 값과 마찬가지로 Mn/Fe 비와 Ge의 농도를 변화시킴으로써 조절할 수 있다.The magnetostriction temperature can be controlled by varying the Mn / Fe ratio and Ge concentration as well as the value for the thermal history.

Maxwell 관계식을 이용하여 직류 전류 자화로부터 계산된 자기 엔트로피의 변화는 0에서 2 테슬라로의 최대 자기장 변화의 경우에 앞쪽 3종의 샘플에 대해 각각 14 J/kgK, 20 J/kgK, 및 12.7 J/kgK였다.The change in magnetic entropy calculated from the DC current magnetization using the Maxwell relation is 14 J / kgK, 20 J / kgK, and 12.7 J / kgK for the three frontal samples, respectively, in the case of the maximum magnetic field change from 0 to 2 Tesla, kgK.

자기 변태 온도 및 열 이력은 Mn/Fe 비를 증가시키면 감소한다. 따라서, MnFePGe 화합물은 낮은 자기장에서 비교적 큰 MCE를 나타낸다. 이들 재료의 열 이력은 매우 낮다.The magnetostriction temperature and thermal history decrease with increasing Mn / Fe ratio. Thus, MnFePGe compounds exhibit relatively large MCEs at low magnetic fields. The thermal history of these materials is very low.

실시예 2Example 2

MnFeP(GeSb)의 용융 스피닝Melt Spinning of MnFeP (GeSb)

먼저, 국제 특허 출원 공개 공보 WO 2004/068512 및 J. Appl. Phys.(99, 08Q107 (2006))에 개시된 바에 따라 볼 밀에서 높은 에너지 입력을 사용하여 고상 반응법에 의해 다결정 MnFeP(GeSb) 합금을 제조하였다. 이어서, 그 재료 시편을 노즐을 갖는 석영 튜브 내에 도입하였다. 이러한 챔버를 10-2 mbar의 진공 상태로 배기시킨 후에 고순도 아르곤 가스로 채웠다. 샘플을 고주파수에 의해 용융시킨 후에, 회전하는 구리 드럼을 수용한 챔버에 대한 압력차에 의해 노즐을 통해 분무하였다. 구리 드럼의 표면 속도는 조절될 수 있었으며, 약 105 K/s의 냉각 속도가 달성되었다. 이어서, 용융 스피닝된 리본(ribbon)을 1시간 동안 900℃에서 열처리하였다.First, International Patent Application Publication No. WO 2004/068512 and J. Appl. Polycrystalline MnFeP (GeSb) alloys were prepared by the solid state reaction method using a high energy input in a ball mill as disclosed in Phys. (99, 08Q107 (2006)). The material specimen was then introduced into a quartz tube with a nozzle. These chambers were evacuated to a vacuum of 10 -2 mbar and then filled with high purity argon gas. After melting the sample at high frequencies, the spinning copper drum was sprayed through the nozzle by a pressure differential to the chamber receiving it. The surface speed of the drum was copper can be adjusted, the cooling rate of about 10 5 K / s were achieved. The molten spinning ribbon was then heat treated at 900 占 폚 for 1 hour.

X선 회절 분석에서는 모든 샘플이 육방정 Fe2P 구조 패턴으로 결정화된 것으로 드러났다. 용융 스피닝법에 의해 제조되지 않은 샘플과는 달리, MnO의 작은 오염상은 관찰되지 않았다.X-ray diffraction analysis revealed that all the samples were crystallized into a hexagonal Fe 2 P structure pattern. Unlike the sample not prepared by the melt spinning method, a small contamination phase of MnO was not observed.

자기 변태 온도(Curie temperature), 열 이력(thermal hysteresis), 및 엔트로피에 대해 얻어지는 값을 용융 스피닝에서의 상이한 원주 속도에 대해 측정하였다. 그 결과가 아래의 표 1 및 표 2에 기재되어 있다. 각각의 경우에 낮은 이력 온도가 측정되었다.The values obtained for the Curie temperature, the thermal hysteresis, and the entropy were measured for different circumferential speeds in melt spinning. The results are shown in Tables 1 and 2 below. In each case a low hysteresis temperature was measured.

Figure 112010077311071-pct00001
Figure 112010077311071-pct00001

Figure 112010077311071-pct00002
Figure 112010077311071-pct00002

Claims (10)

자기 냉각 또는 히트 펌프용 금속계 재료를 제조하는 방법으로서,
a) 고상 및 액상 중 어느 하나 또는 양자 모두의 상태에 있는 상기 금속계 재료에 상응하는 화학양론으로 화학 원소 및 합금들 중 어느 하나 또는 양자 모두를 반응시키는 단계;
b) 해당되는 경우에 단계 a)에서 얻어진 반응 생성물을 고상으로 전환하는 단계;
c) 단계 a) 또는 b)로부터 얻어진 고상 물질의 소결 및 열처리 중 어느 하나 또는 양자 모두를 실시하는 단계;
d) 단계 c)로부터 얻어진, 소결 및 열처리 중 어느 하나 또는 양자 모두가 실시된 상기 고상 물질을 200 내지 1300 K/s 범위의 냉각 속도로 급랭시키는 단계
를 포함하고,
상기 금속계 재료는,
(1) 이하의 일반 화학식(Ⅰ)의 화합물
(AyB1-y)2+δCwDxEz (Ⅰ)
여기서, A : Mn 또는 Co,
B : Fe, Cr 또는 Ni,
C, D, E : C, D, E 중 적어도 둘은 서로 다르고 비소멸 농도(non-vanishing concentration)를 갖고 P, B, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As 및 Sb로부터 선택되며, C, D, E 중 적어도 하나는 Ge 또는 Si,
δ : -0.1 내지 0.1 범위의 수,
w, x, y, z : 0 내지 1 범위의 수로서 w + x + z = 1; 및
(2) MnTP 타입의 호이슬러 합금(여기서, T는 전이 금속, P는 원자당 전자수 e/a가 7 내지 8.5 범위인 p-도핑 금속)
으로부터 선택되는 것인 금속계 재료 제조 방법.
A method of manufacturing a metallic material for a self-cooling or heat pump,
a) reacting either or both of the chemical elements and the alloys with a stoichiometry corresponding to the metal-based material in a state of either or both of a solid phase and a liquid phase;
b) if appropriate, converting the reaction product obtained in step a) to a solid phase;
c) carrying out either or both of sintering and heat treatment of the solid material obtained from step a) or b);
d) quenching the solid material obtained from step c), in which either or both of sintering and heat treatment have been carried out, at a cooling rate in the range of 200 to 1300 K / s
Lt; / RTI >
The metal-
(1) a compound of general formula (I)
(A y B 1-y ) 2 + 隆 C w D x E z (I)
Here, A: Mn or Co,
B: Fe, Cr or Ni,
C, D and E: at least two of C, D and E are different and are selected from P, B, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As and Sb with non- , At least one of C, D and E is Ge or Si,
?: a number in the range of -0.1 to 0.1,
w, x, y, z: w + x + z = 1 in the range of 0 to 1; And
(2) a Hoesler alloy of the MnTP type, where T is a transition metal and P is a p-doped metal having an electron number e / a in the range of 7 to 8.5 per atom,
≪ / RTI >
제1항에 있어서, 단계 a)에서의 반응을, 폐쇄된 용기 또는 압출기 내에서 원소 및 합금들 중 어느 하나 또는 양자 모두를 함께 가열함으로써 수행하거나 볼 밀(ball mill)에서의 고상 반응에 의해 수행하는 것인 금속계 재료 제조 방법.The process according to claim 1, wherein the reaction in step a) is carried out by heating the element and / or the alloys together in a closed vessel or extruder, or by a solid phase reaction in a ball mill Based on the total amount of the metal material. 제1항에 있어서, 단계 b)에서의 고상으로의 전환을 용융 스피닝(melt spinning) 또는 분무 냉각에 의해 수행하는 것인 금속계 재료 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the conversion to solid phase in step b) is carried out by melt spinning or spray cooling. 제1항에 있어서, 단계 c)에서, 먼저 800 내지 1400 ℃ 범위의 온도에서 소결을 행하고, 이어서 500 내지 750℃ 범위의 온도에서 열처리하는 것인 금속계 재료 제조 방법.The method according to claim 1, wherein in step c), sintering is first carried out at a temperature in the range of 800 to 1400 占 폚, followed by a heat treatment at a temperature in the range of 500 to 750 占 폚. 제1항에 있어서, 상기 금속계 재료는, Mn, Fe, P, 및 해당되는 경우에 Sb를 포함하며, 추가로, Ge, 또는 Si, 또는 As, 또는 Ge 및 As, 또는 Si 및 As, 또는 Ge, Si 및 As를 더 포함하는 일반 화학식(Ⅰ)의 적어도 4원 화합물(quaternary compound)로부터 선택되는 것인 금속계 재료 제조 방법.The method of claim 1, wherein the metal-based material comprises Mn, Fe, P, and if appropriate Sb, and further comprises Ge or Si, or As, or Ge and As, or Si and As, or Ge , At least one quaternary compound of general formula (I) further comprising Si and As. 제1항에 있어서,
a) 금속계 재료에 상응하는 화학양론으로 화학 원소 및 합금들 중 어느 하나 또는 양자 모두를 볼 밀에서 고상 반응시키는 단계;
b) 단계 a)에서 얻어진 재료를 용융 스피닝하는 단계;
c) 단계 b)로부터 얻어진 고상을 430 내지 1200℃, 바람직하게는 800 내지 1000℃ 범위의 온도에서 10초 또는 1분 내지 5시간, 바람직하게는 30분 내지 2시간 동안 열처리하는 단계; 및
d) 단계 c)에서 열처리된 성형체를 200 내지 1300 K/s의 냉각 속도로 급랭시키는 단계
로 이루어지는 처리 순서로 행하는 것인 금속계 재료 제조 방법.
The method according to claim 1,
comprising the steps of: a) solid-reacting either or both of the chemical elements and the alloys in a ball mill in a stoichiometry corresponding to the metal-based material;
b) melt spinning the material obtained in step a);
c) heat treating the solid phase obtained from step b) at a temperature in the range of 430 to 1200 ° C, preferably 800 to 1000 ° C for 10 seconds or 1 minute to 5 hours, preferably 30 minutes to 2 hours; And
d) quenching the shaped body heat-treated in step c) at a cooling rate of 200 to 1300 K / s
Based on the weight of the metal material.
As 함유 재료를 제외하고 제1항에 따른 금속계 재료 제조 방법에 의해 얻어질 수 있는, 10 내지 400 nm 범위의 평균 결정 크기를 갖는 자기 냉각 또는 히트 펌프용 금속계 재료.A metal-based material for a self-cooling or heat pump having an average crystal size in the range of 10 to 400 nm, which can be obtained by the method of manufacturing a metal-based material according to claim 1, 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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