用于磁制冷的稀土-铝材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供一种用于磁制冷的稀土-铝材料及其制备方法和用途，该材料为以下通式的化合物：R3Al2，其中R为Gd、Tb、Dy、Ho和Er元素中的任意一种，或Ho元素与Gd、Tb、Dy和Er元素中任意一种的组合，该磁制冷材料具有Zr3Al2型四方晶体结构。本发明专利技术提供的稀土-铝材料，特别是Ho3Al2由于具有反铁磁-铁磁相变及铁磁-顺磁相变，在其相变温度附近呈现较大磁熵变，宽的工作温区，具有较大磁制冷能力及良好的热、磁可逆性质，是非常理想的磁制冷材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性材料，特别涉及一种用于磁制冷的稀土-铝材料及其制备方法和用途。
技术介绍
近年来，随着人们对环境保护的日益重视，利用氟制冷剂的传统制冷技术因其对气候环境的破坏，已无法满足现代社会的需求。磁制冷是借助于磁性材料的磁热效应(Magnetocaloric effect, MCE),即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量,绝热退磁时从外界吸收热量，从而达到制冷的目的。与传统气体压缩制冷技术相比，磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，具有对环境无破坏作用、噪音小、寿命长、可靠性好和效率高(可达30% 60% )等显著优点,被誉为高新绿色制冷技术。而作为磁制冷技术的核心部分，高性能磁制冷材料的成功研发是磁制冷技术实用化以致商业化的关键。因此，寻找新型磁性材料、研究其磁热效应已成为世界各国竞相研究的热点问题。表征磁制冷材料磁热效应的主要参数包括磁熵变(AS)和磁制冷能力(RC)，通常，材料的磁熵变一般在相变温度附近出现最大值，材料的△ S和RC值越大，其制冷效率就越高。近年来，由于低温区是制备液化氢气、氦气的重要温区，高效率、小型化的氦液化装置的研究进一步促进了低温磁制冷机的迅速发展，目前低温磁制冷机已达到实用化的程度，同时这也使得该温区的磁制冷材料研究受到了特别的重视。目前，该温区研究比较成功的磁制冷工质主要是RAl2、RNi2等稀土 -过渡族铁磁合金材料及一些重稀土元素单晶、多晶材料，而且RAl2材料的复合化研究获得了较宽的工作温区。此外，为了便于天然气的储藏运输，通常需在低温下(110K以下)将其液化成液态，因此，对该温区磁制冷材料的研究也受到了极大的关注，目前已发现报道的材料如DyGa、NdFeAUTbFeSi等，在磁场变化过程中表现出可逆的磁热效应，且其制冷温区较宽，因此具有较高的磁制冷能力。鉴于以上研究背景以及磁制冷技术实际应用的需要，可以看出，寻找低温下具有可逆大磁熵变和高磁制冷能力的磁性材料是促进磁制冷技术发展应用的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有可逆大磁熵变、高制冷能力的用于磁制冷的稀土 -铝材料，本专利技术的另一个目的在于提供所述用于磁制冷的稀土-铝材料的制备方法，本专利技术的再一个目的在于提供所述用于磁制冷的稀土-铝材料的用途。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一方面，本专利技术提供了一种用于磁制冷的稀土-铝材料，所述材料为以下通式的化合物=R3Al2，其中，R为稀土元素，优选地，R为Gd、Tb、Dy、Ho和Er元素中的任意一种，或者R为Ho元素与Gd、Tb、Dy和Er元素中任意一种的组合。进一步,所述材料具有Zr3Al2型四方晶体结构。另一方面，本专利技术提供了一种制备用于磁制冷的稀土-铝材料的方法，其包括以下步骤I)称取原料R和Al并混合，其中，R为稀土元素，优选地，R为Gd、Tb、Dy、Ho和Er元素中的任意一种，或者R为Ho元素与Gd、Tb、Dy和Er元素中任意一种的组合；2)将步骤I)配置好的原料放入电弧炉或感应加热炉中，抽真空，用氩气清洗，之后在1 气保护下溶炼；3)将步骤2)熔炼好的物料真空退火处理，之后取出快速冷却。进一步，在步骤I)中，所述原料R和Al的物质的量之比为R3Al2K学式中的原子t匕，优选地，R按2 5%的原子比过量添加，用于补偿其在制备过程中的挥发和烧损，从而获得单相，更优选地，R按2 3%的原子比过量添加。 进一步，在步骤2)中，所述抽真空达到的压力为3X10_3Pa或小于3X10_3Pa，优选为2X 10_3 3X 10_3Pa ;所述熔炼的温度为1300°C以上，优选为1300 1700°C ;所述熔炼的时间为O. 5 10分钟，优选为2 3分钟。进一步，在步骤3)中，所述真空退火的温度为600 1100°C，优选为800 950°C;所述真空退火的时间为3 30天，优选为5 15天。更进一步，为了提高材料的磁制冷性能，在步骤3)中，所述冷却的方法为淬入液氮或冰水中。再一方面，本专利技术还提供了所述磁制冷材料用作制冷材料的用途。与现有技术相比，本专利技术提供的用于磁制冷的稀土-铝材料的有益效果在于1、磁熵变大，其中Ho3Al2的磁熵变高达18. 7J/kg · K(磁场为5T) ;2、制冷能力强，其中Ho3Al2的磁制冷能力高达704J/kg(磁场为5T) ;3、具有良好的磁、热可逆性质。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图I为本专利技术实施例I的Ho3Al2的室温X射线衍射谱线；图2为本专利技术实施例I的Ho3Al2在低磁场下的零场降温和带场降温的热磁曲线；图3为本专利技术实施例I的Ho3Al2的等温磁化曲线；图4为本专利技术实施例I的Ho3Al2的Arrott曲线；图5为本专利技术实施例I的Ho3Al2的磁熵变与温度关系曲线；图6为本专利技术实施例2的Tb3Al2的室温X射线衍射谱线；图7为本专利技术实施例2的Tb3Al2在低磁场下的零场降温和带场降温的热磁曲线；图8为本专利技术实施例2的Tb3Al2的等温磁化曲线；图9为本专利技术实施例2的Tb3Al2的Arrott曲线；图10为本专利技术实施例2的Tb3Al2的磁熵变与温度关系曲线；图11为本专利技术实施例3的Dy3Al2的室温X射线衍射谱线；图12为本专利技术实施例3的Dy3Al2在低磁场下的零场降温和带场降温的热磁曲线；图13为本专利技术实施例3的Dy3Al2的等温磁化曲线；图14为本专利技术实施例3的Dy3Al2的Arrott曲线；图15为本专利技术实施例3的Dy3Al2的磁熵变与温度关系曲线。具体实施例方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。本专利技术实施例中所用稀土金属及Al原料购自于北京有色金属研究总院，其纯度均高于99.9%。样品制备所用电弧炉为北京物科光电技术有限公司生产的WK-II型非自耗真空电弧炉。室温X射线衍射测量使用Cu K α靶的日本理学D/max-2400型X射线衍射仪。磁性测量所用仪器为美国Quantum Design公司设计的MPMS SQUID VSM磁性测量系统。实施例I :本实施例用于说明本专利技术提供的磁制冷材料及其制备方法I、制备方法I)按Ho3Al2化学式中的原子比称料，将纯度高于99. 9%的市售的稀土金属Ho与Al原料混合，其中Ho过量添加2% (原子百分比)； 2)将步骤I)配好的原料放入电弧炉中抽真空，当真空度达到3X KT3Pa时，用纯氩清洗2次后，在I大气压的纯氩气保护下熔炼，熔炼的时间为3分钟，熔炼温度为1500-1550°C ；3)在铜坩埚中冷却获得铸态合金，将铸态合金用钥箔包好，密封在真空度为5 X IO-3Pa的石英管内，在800°C退火处理7天，取出快速淬入液氮中，获得产物。2、广品表征及性能测定用X射线衍射仪测定本实施例制得产物的室温X射线衍射谱线，如图I所示。结果表明产物为成单相的Zr3Al2型四方晶体结构的Ho3Al2化合物，其空间群为P42nm，晶格参数为《=办=8.1656(5)人(=7.5223(6)人，α = β = γ = 90。。在磁性测量系统(SQUID VSM)上测定制得的Ho3Al2在磁场强度μ QH = O. 05T下的零场降温(ZFC)和带场降温(FC)热磁(M-T)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁制冷的稀土？铝材料，其特征在于，所述材料为以下通式的化合物：R3Al2，其中R为稀土元素。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，沈保根，许志一，吴剑峰，沈俊，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：