Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３基多间隙原子氢化物及制法和应用制造技术

一种均匀稳定的大磁熵变Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）１３基多间隙原子氢化物，化学通式为Ｌａ１－ａＲａＦｅ１３－ｂ?ＡｌｂＸｃＨｄ，具有立方ＮａＺｎ１３结构，其中：Ｒ为一种或一种以上稀土元素及其组合；Ｘ为一种或一种以上Ｃ、Ｂ等及其组合。其制备方法为：首先制备Ｌａ１－ａＲａＦｅ１３－ｂＡｌｂＸｃ间隙母合金，再次将Ｌａ１－ａＲａＦｅ１３－ｂＡｌｂＸｃ间隙母合金粉末进行一次性吸气处理，获得Ｌａ１－ａＲａＦｅ１３－ｂＡｌｂＸｃＨｄ多间隙原子氢化物。本发明专利技术的稀土铁基化合物居里点大范围可调，尤其在室温附近，可获得高于金属Ｇｄ?４０％的大磁熵变，且没有磁滞损耗，无毒，更加适于应用，是非常理想的室温磁制冷材料。

【技术实现步骤摘要】
,Al)₁₃基多间隙原子氢化物及制法和应用的制作方法
本专利技术涉及一种磁性材料，特别是涉及一种稳定的具有大磁熵变的， Al)13 基多间隙原子氢化物。 本专利技术还涉及上述，Al)u基多间隙原子氢化物的制备方法。 本专利技术还涉及上述，Al)^基多间隙原子氢化物在磁制冷材料方面的应用。
技术介绍
磁制冷是一项绿色环保的制冷技术。与传统的依靠气体压縮与膨胀的制冷技术相 比，磁制冷是采用磁性物质作为制冷工质，对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应，而且磁 性工质的磁熵密度比气体大，因此制冷装置可以做得更紧凑。磁制冷只要用电磁体或超导 体以及永磁体提供所需的磁场，无需压縮机，没有运动部件的磨损问题，因此机械振动及噪 声较小，可靠性高，寿命长。在热效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的30 % 60% ，而依 靠气体的压縮膨胀的制冷循环一般只能达到5% 10%，因此，磁制冷技术具有良好的应 用前景，被誉为高新绿色制冷技术。磁制冷技术，尤其是室温磁制冷技术，因在家用冰箱、家 用空调、中央空调、超市视频冷冻系统等产业方面具有巨大的潜在应用市场而受到国内外 研究机构及产业部门的极大关注。 磁制冷工质的磁热性能主要包括磁熵变、绝热温度变化、比热、热导率等等。其中， 磁熵变和绝热温度变化是磁制冷材料磁热效应的表征，因磁熵变较绝热温度变化易于准确 测定，因而人们更习惯采用磁熵变来表征磁制冷材料的磁热效应。磁制冷材料的磁热效应 (磁熵变、绝热温度变化)是制约磁制冷机制冷效率的关键因素之一，因此，寻找居里点在 室温温区具有大磁熵变的磁制冷材料成为国内外的研究重点。 1997年，美国Ames实验室的Gschneidner、 Pecharsky发现Gd5(Si,Ge卜x)4合金 (US5743095)具有巨磁热效应，在室温附近磁熵变达到Gd的2倍左右，该材料的大磁熵变的 来源为一级磁相变。与二级磁相变相比，发生一级相变的材料的磁熵变往往集中在相变点 附近更窄的温区，根据麦克斯韦关系，从而呈现出更高的磁熵变值。然而，由于该材料对稀 土等原料纯度的要求很高，价格昂贵，且存在很大的磁滞损耗，这些缺点限制了其在实际中 的应用。因此，在探索新型磁制冷材料的过程中，寻找滞后小的具有大磁熵变的一级相变材 料有重要的现实意义。 具有NaZn13型立方结构的稀土过渡族金属间化合物在已知的稀土金属间化合物 中具有最高的3d金属含量，加之其结构的高对称性使之具有优越的软磁性能和高饱和磁 化强度。对于稀土-铁基NaZr^型立方结构化合物，由于稀土与铁之间正的形成热，RFe13 不存在，需要添加Al、Si等元素降低形成焓来获得稳定相。少量添加(小于1.56)Si后为 一级相变材料，具有很大的磁熵变，但由于熵变温跨较小，不能得到大的制冷能力。由于二 级相变磁制冷材料往往具有很大熵变温跨，从而具有很大的制冷能力，引起了人们很大的 兴趣。 CN1065294专利公开的一种稀土铁铝(R-Fe-Al)基NaZn13型金属间化合物，该系化合物具有居里点在室温附近可调等优点，但因该系化合物发生的是典型的二级磁相变， 磁熵变较小，在0 1. 4特斯拉的磁场变化下，其磁熵变仅为10 14J/m3K，为Gd的一半左 右。 综上所述，现有二级相变磁制冷材料均很难同时满足居里点在室温附近通过成份 变化大范围可调、同时具有大的磁熵变、性能稳定这一实用化磁制冷材料的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种性能稳定且成分均匀的具有大磁熵变的， Al)13 基多间隙原子氢化物。 本专利技术的又一目的在于提供一种制备上述多间隙原子氢化物的方法。 为实现上述目的，本专利技术提供的，Al)u基多间隙原子氢化物，其化学通式表示为La卜aRaFe13—bAlbX凡，具有立方NaZn13结构； 化学通式中 R为一种或一种以上满足a范围的下述稀土元素的任意组合Ce、 Pr、 Nd、 Sm、 Eu、Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu、 Y、 Sc， a的范围如下 当R为Ce元素时，O < a《0. 9 ; 当R为Pr、Nd时，O < a《0. 7 ; 当R为Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、 Yb、Lu、Y、Sc时，O < a《0. 5 ; b的范围为0 < b《3. 0 ; X为一种或一种以上满足c范围的下述元素的任意组合C、 B、 Li、 Be ; c的范围为0 < c《0. 5 ; d的范围为0 < d《5. 0 ; 所述的， Al)13基多间隙原子氢化物中，材料在0 35(TC条件下，氢能稳定 存在于间隙之中。 所述的， Al) 13基多间隙原子氢化物中，在0_5T磁场变化下的磁熵变值为 5-30J/kgK，相变温区位于200-360K。 本专利技术提供的制备上述， Al) 13基多间隙原子氢化物的方法，主要包括下述 步骤 A)将原料置于电弧炉中于氩气保护下熔化； B)熔化的料在850 105(TC真空退火处理，取出并快速淬火制备出X含量c为 0 0. 5范围的NaZn13型La卜aRaFe13—bAlbX。间隙母合金单相样品； C)将Lai—aRaFe13—bAlbXc间隙母合金单相样品粉碎，放入氢气中退火，制备出Lai—aRaFe13—bAlbX。Hd多间隙原子氢化物。 所述的制备方法中，步骤A中的电弧炉先抽真空至2X10—5Pa以上，再用纯度大于 99%的氩气清洗腔体1 3次并充入氩气至0. 5 1. 5个大气压，电弧起弧，在氩气保护下 反复翻转熔炼1 6次，熔炼温度以熔化为止。 所述的制备方法中，步骤B中的真空退火处理中的真空度小于1X10—3Pa;;淬火 是采用液氮或冰水。 所述的制备方法中，步骤C中将La卜aRaFe13—bAlbX。间隙母合金单相样品粉碎为粒径小于2毫米的不规则粉末，并且退火所用的氢气纯度大于99%。 所述的制备方法中，Fe、X以单质或Fe-X中间合金的形式加入。 所述的制备方法中，步骤B中用于制备Lai—aRaFe13—bAlbXcHd的间障母合金Lai—aRaFe13—bAlbX。为新鲜母合金。 本专利技术的，Al)^基多间隙原子氢化物可以用作磁制冷材料。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于 1)本专利技术通过向间隙母合金La卜aRaFe13—bAlbXc中再次引入间隙氢原子，制备 了一种均匀稳定的具有大磁熵变的， Al) 13基多间隙原子氢化物磁制冷材料，即 Lai—aRaFe13—bAlbXeHd化合物，该化合物居里点通过成份变化可在200K 360K区间内大范围 连续调节；在室温附近可获得高于金属Gd 40%的大磁熵变；较以往直接吸氢所得的间隙 化合物性能(结构)更加稳定，在常压、室温 35(TC条件下仍能保持稳定的性能；是一种 非常理想的室温磁制冷材料。 2)本专利技术提供的制备均匀稳定的具有大磁熵变的，Al)u基多间隙原子氢化 物磁制冷材料的方法，能够更加准确的控制并测定间隙氢原子在母合金中的含量，吸气温 度更低，压力更小，步骤更加简单，所得到得间隙氢化物更加均匀，因所使用的原料含有大 量相对廉价的Fe、 Al等，具有原料丰富、成本低廉等显著优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｌａ（Ｆｅ，Ａｌ）↓［１３］基多间隙原子氢化物，其化学通式表示为：Ｌａ↓［１－ａ］Ｒ↓［ａ］Ｆｅ↓［１３－ｂ］Ａｌ↓［ｂ］Ｘ↓［ｃ］Ｈ↓［ｄ］，具有立方ＮａＺｎ↓［１３］结构；化学通式中：Ｒ为一种或一种以上满足ａ范围的下述稀土元素的任意组合：Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃ，ａ的范围如下：当Ｒ为Ｃｅ元素时，０＜ａ≤０．９；当Ｒ为Ｐｒ、Ｎｄ时，０＜ａ≤０．７；当Ｒ为Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｓｃ时，０＜ａ≤０．５；ｂ的范围为：０＜ｂ≤３．０；Ｘ为一种或一种以上满足ｃ范围的下述元素的任意组合：Ｃ、Ｂ、Ｌｉ、Ｂｅ；ｃ的范围为：０＜ｃ≤０．５；ｄ的范围为：０＜ｄ≤５．０；

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金良，沈保根，胡凤霞，沈俊，李养贤，孙继荣，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]