[发明专利]一种用于磁制冷的铥-镍材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于磁制冷的铥‑镍材料及其制备方法，铥‑镍材料的化学式为：Tm_3+xNi_2+y，其中，‑0.1≤x≤0.1，‑0.1≤y≤0.1，具有菱方晶体结构，晶体结构的空间群为R‑3，相变温度在2‑6K之间，在0‑2T磁场变化下的磁熵变峰值在15‑17J/(kg·K)之间。本发明采用的制备方法包括压片、破碎、研磨等方式，清洁、环保，得到的铥‑镍材料可作为极低温区、低磁场下磁制冷的用途。

技术领域

本发明属于磁制冷领域，尤其涉及一种用于磁制冷的铥-镍材料及其制备方法。

背景技术

现代社会越来越离不开制冷技术，从人们的日常生活，到工农业生产、医疗卫生、国防科技等都离不开制冷技术。目前普遍采用气体压缩制冷技术实现制冷，但传统气体压缩制冷技术也存在能耗大、制冷过程中排放的有害气体破坏大气臭氧层或引起温室效应等问题。因此，探索既节能又环保的新型制冷技术具有十分重要的意义。与气体压缩制冷技术相比，磁制冷技术具有高效节能、绿色环保、运行稳定等显著优点，是一种理想的节能环保制冷技术。磁制冷是指以磁性材料为制冷工质的一种新型制冷技术，其基本原理是借助于磁性材料在磁场增强、减弱时产生的放热、吸热的物理效应，以磁制冷材料为载热媒介，通过合适的工作循环，从而把热量不断地从一个空间转移到另一个空间，以达到制冷的目的。

实现磁制冷的关键是要获得性能优异的磁制冷材料，磁制冷材料最重要的参数是磁熵变(ΔS)，材料的ΔS越大，应用价值也就越高。磁制冷材料的磁熵变一般在相变温度附近出现最大值，调控相变温度可以得到在不同温区使用的磁制冷材料。按工作温区划分，磁制冷材料可分为极低温(10K以下)、低温(10K～80K)、中温(80K～250K)和高温(250K以上)磁制冷材料。ZL201110190323.8公开了一种稀土- 镍材料及其制备方法和用途，采用电弧熔炼或者感应熔炼的方法制备的Ho或Er与Ni的材料在0-5T磁场变化及10K以上的相变温度下磁熵变出现最大值，达到最好的磁制冷效果。

然而，受国内外研究机构及产业部门的广泛关注的氦气液化需要极低温区的磁制冷材料，更具体地说，4K温度附近是液氦的重要温区，研究开发该温区的高性能磁制冷材料，对于氦气液化有重要意义。当前的磁制冷材料的相变温度普遍较高，不适合用做氦气液化。

一般磁制冷材料的研究，所提及的0-5T磁场变化，通常被称做高场变化，而诸如0-2T磁场变化可认为是低场变化。对磁制冷机而言，由于机器体积有限并且一般使用永磁材料提供磁场，根据常识得知，所提供的最大磁场通常不超过2T。

另外，采用电弧熔炼或者感应熔炼的制备方法需要1500-1700℃的高温，所需设备复杂，能耗大，成本高，这也使该类材料的商业应用受到一定限制。

那么如何采用清洁、环保的方法制备出一种磁相变温度4K附近的磁制冷材料，能在低磁场变化下实现高的磁熵变，满足磁制冷材料的商业应用价值，是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决在极低温区、低磁场变化下的磁制冷材料商业运用等问题。本发明提出一种用于磁制冷的铥-镍材料：

所述铥-镍材料的化学式为：Tm_3+xNi_2+y，其中，-0.1≤x≤0.1，-0.1 ≤y≤0.1，所述铥-镍材料具有菱方晶体结构，所述菱方晶体结构的空间群为R-3，所述铥-镍材料的相变温度在2-6K之间，所述铥-镍材料在 0-2T磁场变化下的磁熵变峰值在15-17J/(kg·K)之间。

进一步的，所述菱方晶体结构的晶格参数为

一种制备以上铥-镍材料的方法，包括以下步骤：

步骤S1：按照所述铥-镍材料分子式比例称取粉末状金属Ni原料和过量的Tm原料混合；

其中，所述粉末状金属Ni原料和过量的Tm原料的颗粒度为10-100 μm；