一种铒锌基复合低温磁制冷材料及制备方法
【专利摘要】一种铒锌基复合低温磁制冷材料及制备方法，属于材料学技术领域。该材料化学通式为：Er?Zn，按原子比，Er：Zn＝1：(1.2～1.6)，所述铒锌基复合低温磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZn2，按摩尔比，ErZn和ErZn2＝(4～2)：(1～3)。制备方法：1)配料；2)将原料置于Ta金属管内，对金属管抽真空，充入惰性气体，将金属管封闭；3)将金属管，在800～950℃，保温2～5min；4)将金属管，在580～620℃保温2～4h，得先驱物；5)将先驱物，研磨至平均粒度小于等于100μm，冷压成型制得坯块；在530～570℃，退火2～3天，冰水中快淬制得成品。本发明制得的铒锌基复合低温磁制冷材料在5～30K温度范围内具有桌面型磁热效应。
【专利说明】
一种铒锌基复合低温磁制冷材料及制备方法
技术领域
[00〇1 ]本发明属于材料学技术领域，涉及一种磁性功能材料，特别涉及一种铒锌(Er-Zn) 基复合低温磁制冷材料及制备方法。【背景技术】
[0002]磁制冷材料是一种新型磁性功能材料，它是利用磁性材料的磁热效应(即 magnetocaloric effect，又称磁卡效应)实现制冷的一种工质材料。所有材料都具有磁热效应，其大小取决于材料自身的物理特性。磁制冷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。磁制冷被认为是一种“绿色”的制冷方式，不排放如氟利昂等任何有害气体，有望代替现在正在使用的耗能大且有害环境的气体压缩制冷方式。与现有最好的制冷系统相比，磁制冷可以少消耗20?30%的能源，而且即不破坏臭氧层又不排放温室气体。磁制冷具有熵密度高、体积小、结构简单、无污染、噪声小、效率高及功耗低等优点，将成为未来颇具潜力的一种新的制冷方式。而取决于这一技术能否走出实验室，走进千家万户的关键是寻找在宽温区、低磁场条件下具有大磁熵变的磁致冷材料。
[0003]磁制冷技术的关键是寻找在宽温区、低磁场条件下具有大磁熵变的磁致冷材料。 按工作温区划分，磁制冷材料可以分为极低温(4.2K以下)，低温(4.2?20K)，中温区(20? 77K)和室温区(300K附近)磁制冷材料。其中，目前低温区磁制冷材料主要包括一些顺磁金属盐和稀土金属间化合物，但由于他们的磁熵变相对较小，使其商业应用受到一定的限制。 根据研究，铒锌(Er-Zn)基复合材料在低温区具有大的可逆平台式磁热效应，在低温磁制冷领域具有一定的应用前景。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料及制备方法。该材料是在低温区具有大的可逆平台式磁热效应、可用于低温磁制冷的通式为铒锌(Er-Zn)基复合磁制冷材料。
[0005]本发明的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，化学通式为:Er-Zn，按原子比，Er: Zn = l:(1.2?1.6)，所述铒锌基复合低温磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZn2,按摩尔比， ErZn和ErZn2= (4?2): (1?3)。
[0006]本发明的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，在5?30K温度范围内具有桌面型磁热效应。
[0007]本发明的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1，按铒锌基复合低温磁制冷材料的摩尔比，称取铒和锌，混合均匀制得原料；
[0009]步骤2,将原料置于Ta金属管内，对Ta金属管抽真空至压力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.78?0.85个大气压的惰性气体，然后将Ta金属管封闭；
[0010]步骤3,将封闭的Ta金属管，置入感应熔炼炉，以2?3°C/min的升温速率，升温至800?950°C，保温2?5min;[〇〇11]步骤4，经过升温保温后的Ta金属管，降温至580?620°C后保温2?4h;然后自然冷却至常温；
[0012]步骤 5:[〇〇13](1)将Ta金属管内的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷压成型制得坯块；
[0014](2)将坯块封入真空石英管中，在530?570°C，退火2?3天，冰水中快淬制得成品。[〇〇15]所述步骤2中，惰性气体为氩气。[〇〇16] 所述的步骤5(1)中，冷压成型的压力为28?32Mpa;压制时间时间为8?12min。 [〇〇17]本发明的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料及制备方法，与现有技术相比，有益效果为:[〇〇18]本发明方法制备的磁制冷材料磁熵变显著，磁制冷能力高，在5?30K温度范围内具有桌面型磁热效应。该磁制冷材料具有良好的磁、热可逆性质。本发明方法采用保护气体密封在金属管内原位复合的方法成功制备出复合材料，有效地克服了 Zn的挥发。本发明方法工艺简单，易于实现。【具体实施方式】
[0019] 实施例1[0〇2〇]—种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，化学通式为:Er-Zn，按原子比，Er: Zn =1:1.2,所述铒锌基复合低温磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩尔比，ErZn和ErZn2 = 2:3〇[〇〇21]一种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0022]步骤1，按铒锌基复合低温磁制冷材料的摩尔比，称取铒和锌，混合均匀制得原料；
[0023]步骤2,将原料置于Ta金属管内，对Ta金属管抽真空至压力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.78个大气压的氩气，然后将Ta金属管封闭；[〇〇24]步骤3,将封闭的Ta金属管，置入感应熔炼炉，以2°C/min的升温速率，升温至800。。，保温5min;[〇〇25]步骤4，经过升温保温后的Ta金属管，降温至580°C后保温4h;然后自然冷却至常温，然后自然冷却至常温；
[0026]步骤 5:[〇〇27](1)将Ta金属管内的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷压成型制得坯块;其中，冷压成型的压力为28Mpa;压制时间时间为12min。
[0028](2)将坯块封入真空石英管中，在530°C，退火2天，冰水中快淬制得成品。[〇〇29]本实施例制备的的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，在5?30K温度范围内具有桌面型磁热效应。
[0030] 实施例2[0〇31 ]—种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，化学通式为:Er-Zn，按原子比，Er:Zn =1:1.6,所述铒锌基复合低温磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩尔比，ErZn和ErZn2 = 4:1〇
[0032]一种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0033]步骤1，按铒锌基复合低温磁制冷材料的摩尔比，称取铒和锌，混合均匀制得原料；
[0034]步骤2,将原料置于Ta金属管内，对Ta金属管抽真空至压力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.85个大气压的氩气，然后将Ta金属管封闭；[〇〇35]步骤3，将封闭的Ta金属管，置入感应熔炼炉，以°C/min的升温速率，升温至950°C，保温2min;[〇〇36]步骤4，经过升温保温后的Ta金属管，降温至620°C后保温2h;然后自然冷却至常温，然后自然冷却至常温；
[0037]步骤 5:[〇〇38](1)将Ta金属管内的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷压成型制得坯块;其中，冷压成型的压力为32Mpa;压制时间时间为8min。
[0039](2)将坯块封入真空石英管中，在570°C，退火2天，冰水中快淬制得成品。
[0040]本实施例制备的的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，在5?30K温度范围内具有桌面型磁热效应。[0〇41 ]—种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，化学通式为:Er-Zn，按原子比，Er:Zn =1:1.4,所述铒锌基复合低温磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩尔比，ErZn和ErZn2 = 2:1〇[〇〇42] 实施例3[〇〇43]一种铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤:
[0044]步骤1，按铒锌基复合低温磁制冷材料的摩尔比，称取铒和锌，混合均匀制得原料；
[0045]步骤2,将原料置于Ta金属管内，对Ta金属管抽真空至压力小于等于1 X l(T2Pa后， 充入0.8个大气压的氩气，然后将Ta金属管封闭；
[0046]步骤3，将封闭的Ta金属管，置入感应熔炼炉，以2.5 °C/min的升温速率，升温至900 °C，保温3min;[〇〇47]步骤4,经过升温保温后的Ta金属管，降温至600°C后保温2?4h;然后自然冷却至常温，然后自然冷却至常温；
[0048]步骤 5:
[0049](1)将Ta金属管内的物料取出，研磨至平均粒度小于等于100M1，冷压成型制得坯块;其中，冷压成型的压力为30Mpa;压制时间时间为1 Omin。
[0050](2)将坯块封入真空石英管中，在550°C，退火2.5天，冰水中快淬制得成品。[〇〇511本实施例制备的的铒锌(Er-Zn)基复合低温磁制冷材料，在5?30K温度范围内具有桌面型磁热效应。
【主权项】
1.一种铒锌基复合低温磁制冷材料，其特征在于，化学通式为:Er-Zn，按原子比，Er: Zn =1: (1.2?1.6)，所述铒锌基复合低温磁制冷材料，成分包括ErZn和ErZm，按摩尔比，ErZn 和ErZn2 = (4?2): (1?3)。2.根据权利要求1所述的铒锌基复合低温磁制冷材料，其特征在于，该材料在5?30K温 度范围内具有桌面型磁热效应。3.权利要求1所述的铒锌基复合低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤:步骤1，按铒锌基复合低温磁制冷材料的摩尔比，称取铒和锌，混合均匀制得原料；步骤2,将原料置于Ta金属管内，对Ta金属管抽真空至压力小于等于1 X l(T2Pa后，充入 0.78?0.85个大气压的惰性气体，然后将Ta金属管封闭；步骤3，将封闭的Ta金属管，置入感应熔炼炉，以2?3 °C/min的升温速率，升温至800? 950°(:，保温2?51^11;步骤4，经过升温保温后的Ta金属管，降温至580?620°C后保温2?4h;然后自然冷却至 常温；步骤5:(1)将Ta金属管内的物料取出，研磨至平均粒度小于等于lOOwii，冷压成型制得坯块；(2)将坯块封入真空石英管中，在530?570°C，退火2?3天，冰水中快淬制得成品。4.根据权利要求3所述的铒锌基复合低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步 骤2中，惰性气体为氩气。5.根据权利要求3所述的铒锌基复合低温磁制冷材料的制备方法，其特征在于，冷压成 型的压力为28?32Mpa;压制时间时间为8?12min。
【文档编号】C22C1/02GK105957670SQ201610281751
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】李领伟, 袁冶, 祁阳, 周生强
【申请人】东北大学