[发明专利]稀土-钴基金属间化合物磁热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土‑钴基金属间化合物磁热材料，化学通式为RE₂Co_3‑xSi_x，其中RE为镧系元素中除Pm外的元素以及元素Y中的至少一种，0.04≤x≤0.33。本发明RE₂Co_3‑xSi_x制备方法，包括原料准备、合金熔炼和热处理过程。本发明采用低压惰性气氛下的电弧熔融法合成制成块体，经一定温度保温退火一段时间后制得类似La₂Co₃的Cmca空间群结构的RE₂Co_3‑xSi_x化合物。许多种RE元素单纯采用RE与Co作为原料，利用本发明方法无法制得的类La₂Co₃结构的化合物，而只能得到类LaCo₂结构的化合物。而本发明方法掺杂Si后虽使磁热性能有所损失但可以制得La₂Co₃结构的化合物，而控制掺杂元素的种类比例可以降低磁热性能的损失，可将其应用于室温磁热制冷领域。

技术领域

本发明涉及一种磁热转换材料及其制备方法，特别是涉及一种钴基金属间化合物磁热材料及其制备方法，应用于合金材料及其制备工艺技术领域。

背景技术

磁热效应(Magnetocaloric effect，MCE)是指在一个绝热过程中，铁磁体或顺磁体的温度会随磁场强度的改变而变化的现象。通常情况下，材料被磁化时温度会上升，而相应地，退磁时温度会下降。E.Watburg于1881年发现将金属铁置于外加磁场中会产生一定的热效应，而1895年，P.Langeviz确定了这种磁热效应在其他铁磁体与顺磁体中的存在。之后经过近代物理理论的快速发展，两位科学家P.Debye于1926年^[1]和W.F.Glauque于1927年^[2]分别各自从理论上证明出了绝热过程中的磁化去磁可以产生制冷效果的结论，从而使得磁热效应跨入制冷应用的研究领域。

制冷应用时制冷端总希望的是保持一个恒定的温度，故考虑一个等温过程的热效应与磁熵变关系研究体系的制冷效率。根据热力学定律很容易看出，当控制外加磁场变化一定时，若材料的磁熵变越大，则体系与环境的交换热越大，也即制冷能力越大。同时再根据磁学中磁化强度与温度的关系，与磁熵变等效的积分越趋近居里温度则越大，表明了磁热效应的工作温度需要尽可能在材料的居里温度附近。这两点即为表征磁热材料性能的两个关键因素。

P.P.Singh与A.Raman发现了La与Nd这两种稀土元素可以与Co形成2比3的化合物相，他们具有特殊的反铁磁性^[3]，对磁热效应很有利。然而很长一段时间，与它们类似的其他镧系元素与Co所形成的类似结构的化合物却没有被发现。而为了寻找更多不同居里温度的磁热材料，寻找这些尚未被合成出的化合物就是一种方向。

1.WarburgE,Bereinigewirkungen dercoercitivkraft.AnnPhys Chem,1881,13:141

2.Debye P.Einige Bemerkungen zur Magnetisierung bei tieferTemperature.Ann Phys,1926,81(4):11543

3.P.P.Singh,A.Raman.Intermediate Phases in the Lanthanum-andNeodymium-Cobalt Systems.Mat.Res.Bull.1968(3):843-854。

采用RE稀土元素与Co作为原料，采用熔炼方法只能得到类LaCo₂结构的化合物，其磁热材料性能不够理想，由于类LaCo₂结构的化合物达不到类La₂Co₃结构的化合物的磁热效应性能，如何制备高质量的类La₂Co₃结构的化合物，这成为亟待了解决的技术问题。