高居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶納米晶復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于稀±基非晶納米晶復合材料技術領域，具有設及一種高居里溫度和高 制冷能力的Gd基非晶納米晶復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的氣體壓縮制冷技術不僅存在溫室效應而且可能破壞臭氧層，與之相比，磁 制冷技術具有綠色環保、高效節能、體積小、壽命長和安全可靠的優勢，因此尋找高效的磁 制冷工質材料成為人們比較關注的問題。
[0003] 磁致冷是依靠磁熱效應達到制冷效果的，因此磁熱效應是磁致冷能夠實現的基 礎。由磁性粒子構成的固體磁性物質，在受到外磁場作用被磁化時，系統的磁有序度加強 (磁賭減少），對外放出熱量；將其去磁，則固體的磁有序度下降（磁賭增大），要從外界吸 收熱量，運種絕熱磁化一退磁引起的放熱和吸熱過程用一個循環連接起來，那么磁性材料 就會一端持續吸熱而另一端持續放熱，運樣就會起到制冷的目的。
[0004] 在過去的幾十年中，人們逐漸開發出了許多性能優異的磁制冷材料。其中，一些典 型的晶體磁制冷材料，如La(Fe,Si)13,Gds(Si,Ge)4,NiMnSn等具有巨磁熱效應，表現出大的 磁賭變，但是運些材料的磁熱效應來源于一級相變，在轉變溫度除了磁結構轉變W外還伴 隨著相結構轉變（相變潛熱的吸收或者放出），因此不可避免的會產生磁滯和熱滯W及相 變溫區較窄等缺點，從而導致其綜合磁制冷能力較低。
[0005] 與之相比較，非晶態磁制冷材料的磁熱效應是由于二級相變引起的，在轉變溫 度附近非晶磁制冷材料只發生磁結構轉變，而沒有相結構相變，幾乎無磁滯和熱滯損失， 雖然磁賭變低于晶態磁制冷材料，但是由于非晶材料具有的無序結構使得磁轉變具有 較寬的溫區，成為制冷效率的一大優勢，因而被認為是具有應用前景的磁制冷材料之一。 女曰Z.G.Zheng等人在"Magneticpropertiesandlargemagnetocaloriceffectsin amorphousGd-Al-Fealloysformagneticrefrigeration, "Sci.China-Phys.Mech. Astron.Vol. 54,PP. 1267-1270, 2011 報道了居里溫度 222K的GdssAlsFew的非晶條帶。
[0006] 近年來，結合稀±基非晶和晶體的獨特磁性能，富Gd納米晶的非晶納米晶復合 材料逐漸引起人們的關注。但是，運類富Gd納米晶的非晶納米晶復合材料卻難W兼顧較 高的居里溫度與較高的磁賭變，從而在很大程度上限制了其作為磁致冷材料的應用。。如 Y.T.Wang等人在"Giantenhancementofmagnetocaloriceffectinmetallicglass matrixcomposite"Sci.QiinaF*hysAstron51 (2008)337 中報道了 化3。6(16。411。的居里 溫度可達200K，但是其磁賭變僅為3. 53J/kgK;Fei5GcUAlu的磁賭變可達6. 12J/kgK，但 是其居里溫度僅為 170K。F.化an等人在"Theeffectof化//\1ratioonthethermal stabilityandmagnetocaloriceffectofGdssFexAlAs、（x= 15-35)glassyribbons, "J. Appl.Phys. 111，07A937, 2012報道了Gdss化3dA1i5的居里溫度高達270K，但是其磁賭變僅為 3.43J/kgK;Gds5化3sA1i。的居里溫度高達312K，但是其磁賭變僅為2.92J/kgK。
[0007] 因此如何制備出同時具有高居里溫度、大制冷溫區和大磁賭變的Gd基非晶納米 晶復合材料對于其作為磁制冷材料的實際應用至關重要。
【發明內容】
[0008] 針對上述技術現狀，本發明旨在提供一種Gd基非晶納米晶復合材料，其同時具有 較高的居里溫度與磁賭變，有利于作為磁致冷材料的實際應用。
[0009] 為了實現上述技術目的，本發明人經過大量實驗探索后發現，提高Gd基非晶納米 晶復合材料中的Gd含量至80%W上時，該Gd基非晶納米晶復合材料不僅具有較高的居里 溫度，而且具有較高的磁賭變。
[0010] 所要解決的技術問題就是針對上述的現狀，通過實驗探索發現，提供一種具有高 居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶納米晶材料。其化學分子式如下時，該Gd基非晶納米 晶合金不僅具有高的居里溫度，而且具有大的磁賭變（5T場下，磁賭變5. 0~7. 2J/kg/K)。
[0011] 目P，本發明所采用的技術方案為：一種高居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶 納米晶復合材料，其分子式為GdJebAl。，其中a、b、C指代各對應元素的原子含量，并且 75《a《92,5《b《20,4《C《15,且滿足a+b+c= 100。
[0012] 作為優選，80《a《90。 陽01引 作為優選，5. 5《b《12。
[0014] 作為優選，4. 5《C《9。
[0015] 上述Gd基復合材料為非晶納米晶結構，在非晶基底上有納米晶析出。該Gd基非晶 納米晶復合材料具有較高的居里溫度，，同時還具有較大的磁賭變，其居里溫度在200KW 上，制冷溫區高達143~240K，5T磁場下的磁賭變大于5.OJ/kg/K。另外，該Gd基非晶納米 晶復合材料的磁轉變溫度區間較寬，達到143~240K，制冷能力高達690J/kgW上，因此是 一種良好的磁制冷材料，可W作為近室溫磁制冷工質應用。
[0016] 本發明還提供了一種制備上述高居里溫度和高制冷能力的Gd基非晶納米晶復合 材料的方法，該方法包括W下步驟：
[0017] 步驟1 :將Gd、Fe、Al元素按照所述分子式中的原子比配制原料；
[0018] 步驟2 :將步驟1中配制的原料放入烙煉爐中，在氣氣保護氣氛下進行烙煉，得到 成分均勻的母合金鑄錠；
[0019] 步驟3 :將步驟2得到的母合金鑄錠破碎為小塊待用；
[0020] 步驟4 :打開快澤設備腔體，將步驟3得到的母合金裝入腔體中的底部帶有小孔的 石英玻璃管內，關閉腔體并抽真空，調節腔體內外壓力差；在氣氣氣氛保護下感應加熱母合 金使其烙融，在石英管內外壓差下烙融狀態下的母合金噴射到高速旋轉的銅漉表面，快速 冷卻得到條帶。
【附圖說明】 陽OW 圖1為(Mx(Fe〇.566Al〇.434)i。。X(x= 80,90)合金條帶在室溫下的X射線衍射圖； 陽02引圖2為Gdx(Fe〇.日esAl。.434)10。X(X= 80，90)合金條帶的DSC曲線圖； 陽〇2引圖3為(Mx(Fe〇.566Al〇.434)i。。x(x= 80,90)合金條帶的熱磁曲線；
[0024]圖 4 為(Mx(Fe〇.56eAl〇.434)i。。x(x= 80,90)合金條帶的等溫磁化曲線； 陽O巧]圖5為Gdx(Feo.sesAl。.434)10。X(X= 80,90)合金條帶的等溫磁賭變與溫度的關系曲 線；
[0026]圖6為GdgoFesjAlA.冷金條帶的ArrotPlot曲線。
【具體實施方式】
[0027]W下將結合附圖及實施例對本發明做進一步說明，需要指出的是，W下所述實施 例旨在便于對本發明的理解，而對其不起任何限定作用。 陽02引 實施例1: 陽029] 本實施例中，非晶納米晶復合材料的分子式為GcUFeii.sAls.,。
[0030] 該非晶納米晶復合材料GdsnFeiijAlsj的制備包括如下步驟： 陽0川步驟1 :將純度99. 99 %W上的元素GdJe和Al按照GcUFeiijAls.沖各元素的原 子比稱樣均勻混合，得到原料，該原料的總重量為20g;
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