[发明专利]Mo掺杂的Mn-Fe-P-Si基磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Mo掺杂的MnFePSi基合金磁制冷材料及其制备方法，属于磁制冷材料技术领域，该材料成分为Mn_1.1Fe_0.9‑XMo_XP_0.43Si_0.57，0.02≤X≤0.04，其制备步骤为：在氩气气氛保护下，将锰片、铁粉、钼粉、磷块、硅块按化学式中各元素的摩尔比进行球磨；将球磨后的粉末压制成试样；将试样封入充有氩气保护的石英管中，退火处理后冷水淬火处理。本发明通过向MnFePSi材料中掺入适量的Mo，使相变温度在室温附近连续可调，大大减小热滞，同时保持较大磁熵变，有利于材料在室温磁制冷领域中的应用。

技术领域

本发明涉及室温磁制冷领域，具体涉及一种Mo掺杂的MnFePSi基合金磁制冷材料及其制备方法。

背景技术

磁制冷技术是以磁性材料为工质，利用加磁场去磁场过程中材料磁熵的变化来实现制冷的一种全新的制冷技术。相对于传统的气体压缩制冷等而言，磁制冷技术无污染，噪音小，占地面积小，能量转换效率高，被认为是有望解决人类能源问题和环境污染问题的一项新型绿色制冷技术。磁制冷技术的应用，关键在于选择和开发合适的磁制冷工质。至今已发现的室温磁制冷材料主要有稀土类磁制冷材料、LaFeSi系列合金、类钙钛矿型锰氧化物、Heusler型合金和MnFePSi系列合金等。其中，MnFePSi系列合金因其大熵变，原料丰富且成本低被认为是最具前景的磁制冷材料。但由于MnFePSi材料发生的是一级磁弹相变，所以相变过程伴随较大热滞，且机械稳定性较差易碎，不利于材料的实际应用。前期研究发现，通过改变Mn/Fe比和P/Si比可以调节该材料的居里温度Tc和热滞大小，但这会减弱材料的混磁性，对磁热效应产生不利影响；也有人发现掺硼原子可以显著提高材料居里温度Tc,同时使热滞明显减小，但这种调节只是单向的增加Tc,且不易控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作温度在室温附近，居里温度连续可调；热滞小，在永磁体可以提供的磁场范围内有大的磁熵变，可以广泛应用于磁制冷技术的磁制冷材料及其制备方法。

本发明所涉及的磁制冷材料的化学通式为：Mn_1.1Fe_0.9-XMo_XP_0.43Si_0.57，式中0.02≤X≤0.04。

本发明还提供了上述Mn-Fe-P-Si基磁制冷材料的方法，包括如下步骤：

(1)在氩气气氛保护下，将锰片、铁粉、钼粉、磷块、硅块按化学式中各元素的摩尔比进行球磨；

(2)将球磨后的粉末压制成试样；

(3)将试样封入充有氩气保护的石英管中，在1100℃下烧结40小时后冷水淬火处理。

进一步的，球磨工艺条件为：钢球与原料的质量比(即球料比)为6:1，球磨时间10小时，频率30赫兹。

进一步的，将球磨后的粉末装入直径为10mm的模具中，在750MPa压力下压制成的圆片状试样，压制时间为5min。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

1)本发明通过在MnFePSi基合金的Fe位掺杂微量的Mo，进而有效的优化磁性材料的居里温度和磁热效应；且合金的热滞明显减小，提高制冷效率。

2)该材料体系具有原料储备丰富，制备方法简单，易于实现，造价低廉，应用前景广泛等特点。可应用于涉及制冷和低温技术的众多领域，如高能物理，低温工程，航空航天，精密仪器，石油化工，超导电技术，医疗器械等。

附图说明