[发明专利]一种Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及磁性材料领域，公开了一种Gd‑Co基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法，其化学通式为：Gd₅₅Co₃₅Al₁₀。该磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选用纯元素Gd、Co、Al按照上述合金的名义成分称重混合；(2)将上述混合元素进行反复熔炼，得到均匀的合金铸锭；(3)将上述铸锭破碎成小块，利用甩带方法得到宽为1～2mm，厚度为25～30μm的条带；(4)将上述条带在603‑643K下退火10‑30min，之后快速淬入水中，得到磁制冷材料。本发明制备方法简单，制备的产品制冷量大，并获得了近70K的磁熵变平台，适用于埃里克森循环，非常适合作为70～140K温度区间的磁制冷工质材料。

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，特别涉及一种宽温区Gd基非晶纳米晶磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

在众多新型制冷技术(热电制冷、热声制冷、吸收/吸附制冷、激光制冷和磁制冷等)中，磁制冷技术由于高效节能(效率可以达到卡诺循环的60％)、无环境污染、运行可靠等一系列优点，被认为是最有前途完全取代气体压缩制冷的绿色制冷技术。

基于理想磁埃里克森循环的高温区磁制冷技术，磁制冷材料在整个制冷温区范围内必须具有恒定的磁熵变(-ΔS_M)，即所谓的平台状磁热效应。RC值(Refrigerantcapacity,简称RC)的大小是用来评估磁制冷材料具有潜在应用价值的重要指标，要优化RC值涉及到增加(-ΔS_M)和扩大温度跨度δT。显然，具有窄温区大磁熵变的磁制冷材料未必具有大的RC值。

虽然采用粒子排列烧结法、激光熔覆法和放电等离子火花烧结等复合方法能实现扩展制冷温区的目标，但是合成过程中需严格防止组元之间因固相反应而产生新相和因原子扩散而产生新的固溶体层，实际操作难度很大、制备工艺复杂，且制备的复合材料热阻比单一材料大。

考虑到以上因素，适宜于磁埃里克森循环的制冷工质，最好的选择就是在较宽温区内保持近似恒定磁熵变值的单一材料。(Gd_xEr_1-x)NiAl化合物(六角ZrNiAl-type晶体结构)在～10-80K温区出现多个相变点(相当于层状结构复合材料)，例如(Gd_0.5Er_0.5)NiAl化合物的5个相变点分别位于7、15、25、26.5和37.5K。但这种单相磁性材料在宽温区同时具有多个磁相变的情况并不多见，而且在其它温区的磁制冷应用方面不具备推广意义。

因此开发新的制备工艺对获得具有磁熵变平台的复合磁工质具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在克服现有技术的缺陷，提供一种结构稳定、环保且具有较大制冷量的Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料。

本发明的另一个目的在于提供了上述非晶纳米晶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-Co基非晶纳米晶磁制冷材料的制备方法，该材料的化学通式为：Gd₅₅Co₃₅Al₁₀，其制备方法包括下述步骤：

(1)选用纯元素Gd、Co、Al按照上述合金的名义成分称重混合；

(2)将上述混合元素进行反复熔炼，得到均匀的合金铸锭；

(3)将上述得到的铸锭破碎成小块，利用甩带方法得到宽为1～2mm，厚度为25～30μm的Gd₅₅Co₃₅Al₁₀条带；

(4)将上述得到的条带在603-643K下退火10-30min，之后快速淬入水中，得到Gd-Co基非晶纳米晶磁制冷材料。