[发明专利]一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及磁性功能材料技术领域，尤其是涉及一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料及其制备方法与应用。本发明提供的一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料，化学通式为Mn_aCu_bFe_cAl_d，a、b、c、d表示原子摩尔含量，a+b+c+d＝100，在满足a+b+c+d＝100的条件下，使28≤a≤36，2≤b≤10，10≤c≤20，48≤d≤52。所述无稀土锰铝基室温磁制冷材料具有CsCl型立方晶体结构，空间群为Pm3m，所述无稀土锰铝基室温磁制冷材料居里温度在250K‑320K之间。本发明提供的材料，在室温附近具有大的磁热效应，是一种优异的室温磁制冷材料。

技术领域

本发明涉及磁性功能材料技术领域，尤其是涉及一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料及其制备方法与应用。

背景技术

磁制冷是利用材料的磁热效应实现制冷的一种新型固态制冷方式。磁热效应是磁性材料的内禀特性之一，其大小取决于磁性材料内在的物理特性，一般在其居里温度附近磁熵变表现出最大值。磁制冷是利用外加磁场而使磁性材料的磁矩发生有序、无序的变化(相变)引起磁体吸热和放热作用而进行制冷循环。通过磁制冷工质进入高磁场区域，放出热量到周围环境；进入零/低磁场区域，温度降低，吸收热量达到制冷的目的；如此反复循环可连续制冷。与普通压缩气体制冷相比，磁制冷具有体积小、结构简单、无污染、效率高、及噪声小等优点，是一种颇具潜力的固态制冷方式。

目前，室温磁制冷技术核心依然是探索居里温度在室温及其以下温度，具有可逆大磁热效应的高性能磁制冷材料的探索和设计。目前已知的室温磁制冷材料主要包括Gd₅(Si,Ge)₄、La(Fe,Si)₁₃、Ni₂MnGa等材料体系，但是这些材料普遍存在原材料成本高，可逆性差、以及制备工艺复杂等不足，使其商业应用受到一定的限制。

研究表明MnAl合金具有大的理论饱和磁化强度，是一种潜在的高性能无稀土永磁材料，李领伟等人发明了一种Cu掺杂的MnAl基磁制冷材料(专利号CN 109616271B)，其化学通式为：Mn_aAl_bCu_c，其中a为30～40，b为50，c为10～20，且a+b+c＝100，其居里温度为375～402K，但是其居里温度依然明显高于室温(～293K)，增加Cu的掺杂量则导致材料磁热性能的大幅降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料及其制备方法，解决现有的磁制冷材料成本高、居里温度高的问题。本发明的另一个目的是提供一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料的制备方法及应用。

一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料，化学通式为Mn_aCu_bFe_cAl_d，a、b、c、d表示原子摩尔含量，a+b+c+d＝100，在满足a+b+c+d＝100的条件下，使28≤a≤36，2≤b≤10，10≤c≤20，48≤d≤52。

作为优选，所述无稀土锰铝基室温磁制冷材料具有CsCl型立方晶体结构，空间群为Pm3m，所述无稀土锰铝基室温磁制冷材料居里温度在250K-320K之间。

一种无稀土锰铝基室温磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、按照目标物化学式计算并称取Mn、Cu、Fe和Al原料，其中Mn的称取量为：按照目标物化学式计算得到的Mn原料质量的102-104％；

S2、在真空和惰性气体保护中任意一种条件下，采用电弧熔炼和感应熔炼中任意一种方式将步骤一中的原料加热到熔化并保持20-100秒后，自然冷却，得到片状产物；