【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁制冷，具体涉及一种低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料、制备方法及用途。
技术介绍
1、制冷及低温技术起着十分重要的作用，关系到众多重要领域。传统气体压缩制冷技术已广泛应用于各行各业，但它存在制冷效率低、能耗大、破坏大气环境等缺点。当前研究的磁制冷技术是指以磁性材料为制冷工质的一种新型制冷技术。
2、磁性材料的磁热效应，即在等温条件下，当磁场强度增加（磁化）时磁制冷材料的磁矩趋于有序排列，磁熵降低，向外界排热；当磁化强度减弱（退磁）时磁矩趋于无序排列，磁熵增加，磁制冷工质从外界吸热，从而达到制冷的目的。
3、磁制冷材料可分为超低温（10k以下）、低温(10k-77k)、中温（77k-250k）和高温（250k以上）磁制冷材料。现有的可用于中、低温区磁制冷材料主要包括稀土单质材料，如nd，er或tm，以及稀土金属间化合物，如gd基合金、ho基合金、er基合金、tm基合金（gdfesi、hofesi、ercual、erfesi、tmga）等。然而，不同的稀土元素、稀土金属间化学物所适用的温区、具备的磁制冷性能又存在较大差异，亦尚未获得用于高性能分析、预测的规律。
4、如专利cn102703037a给出用于磁制冷的稀土-铁-硅材料及其制备方法和用途，该材料为以下通式的化合物：rfesi，其中r为gd、tb、dy、ho和er元素中的任意一种，或er元素与gd、tb、dy和ho元素中任意一种的组合，该磁制冷材料具有cefesi型四方晶体结构。该方案中提供的稀土-铁-硅材料，特别是erfesi和
5、之后，研究人员又根据稀土间化合物，探索并制备了不同晶型结构下的磁制冷材料。如专利cn102383017a给出一种铕基thcr2si2结构的低温磁制冷材料及制备方法，该磁性材料化学通式为：eu-t-x，t为fe或cu，x为p或as，该磁性材料具有体心thcr2si2型四方晶体结构。制备方法首先将稀土金属铕、过渡金属和非金属按比例混合成原料，其中过渡金属为fe或cu，非金属为p或as；然后将原料置于石英容器内，抽真空后封闭，将石英容器升温至400～450℃后保温，继续升温至800～900℃后保温；冷却后将制品压片成型，经高温退火、冷却得到成品。该制备方法采用缓慢升温、分步反应的方法，有效地克服了p或as的挥发。方法相对工艺简单，易于实现，制得的磁制冷材料具有良好的磁、热可逆性质。
6、然而，如上述现有技术给出的磁制冷材料，应用温区偏高，且在相对较高的磁场变化下具备较好的磁制冷性能，但是无法同时具备应用到超低温区、低磁场变化中的特性，存在明显的商业应用受限问题。
7、因此，如何克服现有的磁制冷材料均无法适用超低温区、低磁场变化应用的问题，以制备具有超低温区、低磁场变化下呈现大磁热性能的稳定磁制冷材料是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料、制备方法及用途，磁制冷材料在＜7k的超低温区、0-2 t磁场变化下，磁制冷材料的磁熵变峰值不低于9 j·kg-1·k-1，磁制冷材料为以下通式的化合物：rfe2si2，rfe2si2为thcr2si2型体心四方结构，其中，r为稀土元素；r满足以下通式关系：axby，a为er、ho元素的一种，b为gd、tm元素中的至少一种，x+y=1，1≥x≥0.2。通过本专利技术制备得到的稀土-铁-硅磁制冷材料，制备工艺简捷，成本低，并且在超低温区（＜7k）、低磁场（0-2 t）变化下呈现出大磁热效应，具有重要的应用价值。
2、第一方面，本专利技术提供一种低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，磁制冷材料在＜7k的超低温区、0-2 t磁场变化下，磁制冷材料的磁熵变峰值不低于9 j·kg-1·k-1，磁制冷材料为以下通式的化合物：rfe2si2，rfe2si2为thcr2si2型体心四方结构，其中，r为稀土元素；
3、r满足以下通式关系：axby，a为er、ho元素中的一种，b为gd、tm元素中的至少一种，x+y=1，1≥x≥0.2。
4、其中，thcr2si2型体心四方结构为四方晶系，晶胞三条边的关系为：a=b≠c，且三条边之间呈两两相互垂直。rfe2si2磁制冷材料为thcr2si2型体心四方结构，具体是指每个晶胞包含2个位于顶点和体心的稀土原子、4个位于晶面上的铁原子以及4个位于体内和棱上的硅原子构成。
5、进一步的，a为er元素，b含有gd元素，1≥x≥0.6。
6、进一步的，a为er元素，b为tm元素，1≥x≥0.5。
7、进一步的，a为ho元素，b为tm元素，1≥x≥0.5。
8、进一步的，rfe2si2磁制冷材料的晶粒尺寸为50nm-2μm。
9、第二方面，本专利技术还提供一种制备如上述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料的方法，包括如下步骤：
10、步骤1）：按rfe2si2化学式称料，将r，fe及si原料混合，其中，r过量添加2%至3%的原子百分比；
11、步骤2）：将步骤1）配置好的原料放入炉中，抽真空，抽至真空度不低于3×10-3 pa，之后用惰性气体清洗，并在预设压力的惰性氛围下熔炼，得到锭子，其中，熔炼温度不低于1500℃；
12、步骤3）：对锭子进行热处理，得到rfe2si2磁制冷材料。
13、进一步的，步骤2）中，预设压力的惰性氛围为0.2~0.9个大气压的惰性气体保护。
14、进一步的，步骤3）中，对锭子进行热处理，具体包括：
15、将步骤2）得到的锭子破碎、放入甩带机中，抽真空，抽至真空度不低于3×10-3 pa，之后用惰性气体清洗，并在0.2~0.9个大气压的惰性气体保护下感应加热至液态，形成液态样品，其中，感应加热温度不超过1500℃；
16、将液态样品加压喷射至转速为30-60m/s的铜辊表面，得到条带状的rfe2si2磁制冷材料。
17、进一步的，将液态样品加压喷射的压强差为0.01-0.03mpa，液态样品喷射的直径为4-8 mm，喷射距离为6-8 mm。
18、进一步的，步骤3）中，条带状的rfe2si2磁制冷材料的厚度为10-100 μm，长度为5-50 cm，宽度为1-5 mm。
19、进一步的，步骤3）中，对锭子进行热处理，具体包括：
20、将步骤2）得到的锭子用钼箔包装，密封在真空度不低于5×10-5 pa的石英管内，充入2%-5%的惰性气体，进行真空退火处理，其中，真空退火处理是以4-5 ℃/min的速度，自室温升至750℃-800℃，保温时间为7-14 d；
21、将石英管保温取出，淬入冰水或液氮中进行快速冷却，得到铸体的rfe本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，磁制冷材料在＜7K的超低温区、0-2 T磁场变化下，磁制冷材料的磁熵变峰值不低于9 J·kg-1·K-1，磁制冷材料为以下通式的化合物：RFe2Si2，RFe2Si2为ThCr2Si2型体心四方结构，其中，R为稀土元素；
2.如权利要求1所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，A为Er元素，B含有Gd元素，1≥x≥0.6。
3.如权利要求1所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，A为Er元素，B为Tm元素，1≥x≥0.5。
4.如权利要求1所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，A为Ho元素，B为Tm元素，1≥x≥0.5。
5.如权利要求1-4任一所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，RFe2Si2磁制冷材料的晶粒尺寸为50nm~2μm。
6.一种制备如权利要求1-5任一所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2）中，预设压力的惰性氛围为0.2~0.9
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3）中，对锭子进行热处理，具体包括：
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3）中，对锭子进行热处理，具体包括：
10.一种如权利要求1-5任一所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料的用途，其特征在于，在超低温区、低磁场变化下的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，磁制冷材料在＜7k的超低温区、0-2 t磁场变化下，磁制冷材料的磁熵变峰值不低于9 j·kg-1·k-1，磁制冷材料为以下通式的化合物：rfe2si2，rfe2si2为thcr2si2型体心四方结构，其中，r为稀土元素；
2.如权利要求1所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，a为er元素，b含有gd元素，1≥x≥0.6。
3.如权利要求1所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，a为er元素，b为tm元素，1≥x≥0.5。
4.如权利要求1所述低磁场的稀土-铁-硅磁制冷材料，其特征在于，a为ho元素，b为tm元素，1≥x≥0.5。
5.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑新奇，王守国，王鼎淞，高亚伟，刘昊，甄珊珊，潘洋，高嘉浩，张静言，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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