[发明专利]一种金属钆粉末的制备及分级工艺

说明书

一种金属钆粉末的制备及分级工艺，属于磁性功能材料中的磁制冷材料领域。通过快淬及球磨的方法制备出Gd粉末，选择不同的工艺参数，可以制备出不同的颗粒尺寸。在颗粒分级过程中通过加入表面活性剂，使用超声震荡及离心等方法，将粉末进行分级处理，区分不同尺寸的颗粒，应用在不同的制备工艺中，在实际应用中用途广泛。

技术领域

本发明公开了一种金属钆(Gd)粉末的制备及分级工艺，属于磁性功能材料中的磁制冷材料领域。

背景技术

制冷技术在当今社会中有着广泛而重要的应用。但是，目前普遍使用的气体压缩制冷技术中的制冷剂会引起温室效应、破坏臭氧层、并且其工作效率较低。探索绿色环保、节能高效的新型制冷技术以及研发相应的高性能制冷工质材料是当该领域迫切需要解决的问题，也是目前国内外的研究热点。

磁制冷技术具有绿色环保、高效节能、稳定可靠的特点，近些年来引起广泛关注。钆在室温具有优良的磁热效应，同时具有良好的韧性和易加工性，是磁致冷机不可缺少的室温磁致冷材料。稀土元素，特别是中重稀土元素的4f电子层有较多的未成对电子，原子自旋磁矩较大，可能具有较强的磁热效应。尤其是金属Gd，居里温度(293K)恰好在室温区间，4f电子层有7个未成对电子，具有较强的磁矩，因此Gd金属及其化合物是重要的室温磁制冷材料。Gd因其适宜的居里温度、较大的磁热效应以及良好的力学性能，被视为室温区磁制冷材料的典型代表。

但是金属钆由于柔韧性太好，不易于进行破碎处理，从而无法以粉末形式进行复合材料烧结、热压、粘结及3D打印等工艺的处理。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种金属钆(Gd)粉末的制备及分级工艺，该方法制备简单、快捷，为后续的烧结、热压等复合材料制备工艺提供了原料基础。

具体而言，本发明提供了一种以金属Gd颗粒的制备及分级工艺，通过快淬及球磨的方法制备出Gd粉末，选择不同的工艺参数，可以制备出不同的颗粒尺寸。在颗粒分级过程中通过加入表面活性剂，使用超声震荡及离心等方法，将粉末进行分级处理，区分不同尺寸的颗粒，应用在不同的制备工艺中，在实际应用中用途广泛。

本发明的目的在于，提供一种粒度可自行控制的金属Gd粉末的制备及分级工艺。

本发明还提供了上述一种金属钆(Gd)粉末的制备方法的具体工艺，包括如下步骤:

步骤一，切割金属钆块体，去除表面氧化皮得到纯金属原料；

步骤二，将步骤一得到金属钆块体原料放入石英管中置于熔体快淬炉内，在惰性气体保护下选择适当的转速，进行快淬处理得到不同厚度钆薄带；

步骤三，将步骤二得到的钆薄带粗破碎，与介质及磨球一同放入球磨罐中，进行球磨处理得到湿粉及溶液混合物；

步骤四，将步骤三球磨后的混合物放入盛有液体介质的容器中进行超声振荡得到均匀悬浊液或离心处理使得上层形成均匀悬浊液，下层相对较大的颗粒沉淀；随后加入表面活性剂并静置不同时间，分离上层清液及下层沉淀物，对下层沉淀物进行干燥得到粉末；

步骤五，将步骤四得到的干燥粉末通过筛分可进一步控制最终产物的颗粒尺寸。

根据本发明制备方法的一个优选实施方案，具体地，所述步骤一可以包括:称取钆金属块体，通过砂轮机、磨抛机等设备磨掉表层氧化皮。

根据本发明制备方法的一个优选实施方案，具体地，在所述步骤二中的惰性气体可以选择氩气、氦气和氮气等；快淬炉中压强差为0.1～1MPa，优选0.07～0.15MPa；石英管喷口尺寸为0.2～3mm，优选为0.5～1.5mm；喷口与辊轮表面法线夹角为10～90°，优选为60～90°；辊轮转速为5m/s～50m/s，优选为10～30m/s。