锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法技术

本发明专利技术公开了一种锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法。步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、若干层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式；步骤2、建立方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化；步骤3、计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比。本发明专利技术所设计的锰铁基磁复合材料可以在较宽的工作温度区间内保持较大的磁热效应。区间内保持较大的磁热效应。区间内保持较大的磁热效应。

【技术实现步骤摘要】
锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法


[0001]本专利技术涉及一种锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法，尤其涉及一种用于室温磁制冷机的锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法。

技术介绍

[0002]目前，随着室温磁制冷技术的发展，室温磁制冷机中的制冷工质显得尤为重要。近几年，室温磁制冷材料的研究已经取得了很大的进展，其中锰铁(Mn
‑
Fe)基磁制冷材料具有巨磁热效应、价格低廉、制备工艺简单等优点，有望成为大批量商业化生产的候选材料。
[0003]但是，由于Mn
‑
Fe基磁性材料存在结构相变和磁相变，导致了该类材料虽然具有巨大的磁热效应，但同时也伴随着工作温度区间小的缺点，即工作温度跨度值小。这给Mn
‑
Fe基磁性材料在室温磁制冷方面的应用带来束缚。
[0004]CN102881393A公开了一种MnFePSi基室温磁制冷材料，化学通式为Mn
1.2
Fe
0.8
P1‑
y
Si
y
B
z
，式中0.4≤y≤0.55,0≤z≤0.05。MnFePSi基室温磁制冷材料的制备方法如下：(1)将Mn、Fe、P、Si和B按照通式中各元素的质量百分比混料；(2)在高纯氩气保护下，将配制好的粉末原料放入球磨罐中，加盖密封后球磨；(3)将球磨得到的粉末在氩气保护下煅烧；(4)将煅烧后的试样破碎后，在氩气保护下进行熔体快淬，得到的带材进行退火处理，之后快速淬入水中，得到室温磁制冷材料。CN110364324A公开了一种Mn
‑
Fe
‑
P
‑
Si基磁制冷材料，成分为(Mn,Fe)2‑
x
Nb
x
(P,Si)，0.02≤x≤0.04。该专利文献的磁制冷材料可以减小热滞。CN108642355A公开了一种锰铁基室温磁制冷材料,化学通式为Mn
1.15
Fe
0.85
P
a
Si
b
Ge
c
B
δ
，a的范围为0.45～0.65，b的范围为0.13～0.35，c的范围为0～0.2，δ的范围为0.0～0.1，且a、b、c、δ满足条件a+b+c+δ＝1。上述专利文献中的磁制冷材料的工作温度区间仍很小。此外，尚未报道如何设计锰铁基磁制冷材料以指导锰铁基磁制冷材料的制造过程。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种锰铁基磁复合材料的设计方法，以指导锰铁基磁制冷材料的制造过程。通过该设计方法，可以制造在较宽的温度区间内保持较大的磁热效应的锰铁基磁复合材料。本专利技术的另一个目的在于一种锰铁基磁复合材料，在较宽的温度区间内保持较大的磁热效应。本专利技术的再一个目的在于提供一种如上所述的锰铁基磁复合材料的制造方法。本专利技术采用如下技术方案实现上述目的。
[0006]一方面，本专利技术提供一种锰铁基磁复合材料的设计方法，该锰铁基磁复合材料由若干层锰铁基磁性材料形成；该设计方法包括如下步骤：
[0007]步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、若干层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
[0008][0009][0010]步骤2、建立下述方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0011][0012][0013]步骤3、将式(3)和式(4)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
；
[0014]上述式(1)～(4)中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；H为应用磁场强度，单位为T；ΔH为应用磁场强度变化值；T表示温度，单位为K；S
k
和ΔS
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；S
c
和ΔS
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为大于等于1且小于等于n的自然数；n表示锰铁基磁性材料的总层数，n为大于等于3的自然数；T
m
为每层锰铁基磁性材料的转换温度，单位为K；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为大于等于1且小于等于n
‑
1的自然数。
[0015]根据本专利技术的设计方法，优选地，
[0016]磁熵S
k
根据公式(5)得到：
[0017][0018]等温磁熵变ΔS
k
根据公式(6)得到：
[0019][0020]其中，S为磁熵，单位为J/(kg
·
K)；T为温度，单位为K；C
H
为磁比热，单位为J/(kg
·
K)；H为应用磁场强度，单位为T；M为磁化强度，单位为A/m；μ0为真空磁导率。
[0021]根据本专利技术的设计方法，优选地，n＝3。
[0022]根据本专利技术的设计方法，优选地，该锰铁基磁复合材料由第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料形成；该设计方法包括如下步骤：
[0023]步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、三层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
[0024][0025][0026]步骤2、建立下述方程以将三层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0027][0028][0029]步骤3、将式(3
’
)和式(4
’
)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
；
[0030]上述式(1
’
)～(4
’
)中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；H为应用磁场强度；ΔH为应用磁场强度变化值；T表示温度，单位为K；S
k
和ΔS
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；S
c
和ΔS
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为1和2和3；T
m
为每层锰铁基磁性材料的转换温度，单位为K；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为1和2。
[0031]根据本专利技术的设计方法，优选地，将(3
’
)和式(4
’
)合并为如下矩阵方程进行计算：
[0032][0033]式中：
[0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040]分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锰铁基磁复合材料的设计方法，该锰铁基磁复合材料由若干层锰铁基磁性材料形成；其特征在于，该设计方法包括如下步骤：步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、若干层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：步骤2、建立下述方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化：步骤2、建立下述方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化：步骤3、将式(3)和式(4)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
；上述式(1)～(4)中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；H为应用磁场强度，单位为T；ΔH为应用磁场强度变化值；T表示温度，单位为K；S
k
和ΔS
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；S
c
和ΔS
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为大于等于1且小于等于n的自然数；n表示锰铁基磁性材料的总层数，n为大于等于3的自然数；T
m
为每层锰铁基磁性材料的居里温度，单位为K；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为大于等于1且小于等于n
‑
1的自然数。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：磁熵S
k
根据公式(5)得到：等温磁熵变ΔS
k
根据公式(6)得到：其中，S为磁熵，单位为J/(kg
·
K)；T为温度，单位为K；C
H
为磁比热，单位为J/(kg
·
K)；H为应用磁场强度，单位为T；M为磁化强度，单位为A/m；μ0为真空磁导率。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，n＝3。4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，该锰铁基磁复合材料由第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料形成；该设计方法包括如下步骤：步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、三层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：磁性材料的摩尔比的关系式：步骤2、建立下述方程以将三层锰铁基磁性材料进行复合优化：步骤2、建立下述方程以将三层锰铁基磁性材料进行复合优化：步骤3、将式(3
’
)和式(4
’
)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
；上述式(1
’
)～(4
’
)中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；H为应用磁场强度；ΔH为应用磁场强度变化值；T表示温度，单位为K；S
k
和ΔS
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；S
c
和ΔS
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为J/(kg
·
K)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为1和2和3；T
m
为每层锰铁基磁性材料的转换温度，单位为K；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为1和2。5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，将(3
’
)和式(4
’
)合并为如下矩阵方程进行计算：式中：式中：式中：
分别为第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料的居...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炎，林国星，黄焦宏，张英德，戴默涵，金培育，
申请(专利权)人：包头稀土研究院，
类型：发明
国别省市：