[发明专利]一种Gd基室温磁制冷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，特别涉及一种Gd(钆)基室温磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

制冷技术在当今世界中起着十分重要的作用。传统压缩制冷氟里昂(Freon)制冷工质对生态环境尤其是对大气臭氧层造成的破坏日趋严重，威胁到人类自身的生存与安全，加之气体压缩制冷效率低、能耗大，使传统压缩制冷技术面临困境。与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷技术以固体磁性材料为工质，借助磁性材料的磁卡效应实现制冷，不使用氟利昂和压缩机，具有体积小、可靠性高、高效节能和无环境污染等一系列优点，被认为是最有前途的绿色制冷技术。

1976年，美国的Brown首先采用金属Gd作为磁制冷工质材料，在7T的超导强磁场下实现了室温磁制冷，制冷温差达38K，开创了室温磁制冷的新纪元。在这项技术中，开发、挖掘具有大的磁热效应的材料尤为关键，目前已经开发出了很多室温磁制冷材料，它们可以分为两大类：一类是金属间化合物，如Gd-Si-Ge，La-Fe-Si，Mn-Fe-P-As系化合物。这些材料具有的共同点就是在室温附近磁熵变大，具有作为室温磁制冷材料的基本特点。但作为实用的磁制冷材料，以上材料都有自身的缺点。如这些材料大多较脆，机械加工性能极差；一类是纯金属Gd(居里温度为293K，正好处于室温)，在1.5T磁场下最大绝热温变ΔT_ad为4.2K，在2T磁场下的最大磁熵变ΔS_M为5.0J·kg^-1·K^-1，成为目前公认的最好室温磁制冷工质。在室温磁制冷样机中，Gd是做为结构件需要承受一定的外力，从加工成形方面考虑需具有良好的机械加工性能，从实际应用角度考虑同时还必须具有良好的耐蚀性，而Gd本身机械强度较低，化学性质较活泼易腐蚀，因此，从实际应用的角度出发，进一步提高Gd的机械强度和耐蚀性变得很重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种成本较纯Gd低廉、化学性质更加稳定且环保、具有较大磁热效应的Gd基室温磁制冷材料。

本发明的另一个目的在于提供上述Gd基室温磁制冷材料的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种Gd基室温磁制冷材料，其化学通式为：Gd_100-xZr_x，0＜x≤2。

优选地，所述x为0.5、1.0、1.5或2.0。

所述的Gd基室温磁制冷材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)将稀土金属Gd和金属Zr按如下质量百分比称重混合：

稀土金属Gd  98.83％～99.99％

金属Zr      0.01％～1.17％；

(2)将上述混合原料进行反复熔炼，得到成分均匀的合金铸锭；

(3)将上述合金铸锭在1173～1273K下真空退火2～72小时，之后快速淬入水中制得Gd基室温磁制冷材料Gd_100-xZr_x。

优选地，步骤(1)所述稀土金属Gd和过渡金属Zr的质量百分比分别为化学式Gd_100-xZr_x中Gd元素和Zr元素的质量百分比。

优选地，步骤(2)所述熔炼的条件为于真空电弧炉或感应加热炉中，抽真空至10^-3Pa，用高纯氩清洗炉膛后，充入低于1个大气压(约0.1MPa)的高纯氩气并在其保护下进行。

优选地，步骤(3)所述合金铸锭的温度为1273K，退火时间为72小时。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明所采用的主要原料为价格相对低廉的商业用稀土金属Gd，以及价格较商业用稀土金属Gd低廉得多的稀有金属Zr。