本发明专利技术公开了一种钆块体材料及其制备方法。该制备方法包括如下操作步骤：步骤一，以金属钆粉末为原料，采用机械球磨法将所述原料研磨；步骤二，在氩气保护的预处理室中将所述纳米级钆粉末装入模具中并预压；步骤三，将所述模具放入放电等离子烧结设备中进行烧结，从而得到所述钆块体材料。该方法简单易行，可制备出不同晶粒度的钆块体材料，材料的平均晶粒尺寸在20-1000纳米范围可调，而且在上述晶粒度范围内材料相应的磁热效应随着制备的材料的晶粒度增加而增加。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于室温磁制冷
，具体涉及。本发 明的方法可以制备出不同晶粒度的钆块体材料，从而调控钆材料的磁热效应。
技术介绍
对于纳米的稀土金属元素而言，由于其尺度减小，材料的表面或晶界的面积急剧 增加，因而使其在晶体结构、界面、热力学、相变等表现出一些新的特征，利用这些新的特征 最终提高材料的光学、电学、磁学、力学和催化性能。 近年来，室温磁制冷技术因其高效节能、无环境污染等优点而成为当前制冷技术 领域的研宄热点，有望成为取代传统气体压缩制冷的新一代室温区磁制冷技术。而作为磁 制冷技术关键的磁制冷工质材料的开发和应用受到国内外研宄者的亲睐和重视并因此取 得了较大的进展。其中，稀土元素钆（Gd)因其居里温度（Tc= 293. 5K)接近室温，且工作 温跨大，低磁场条件下（H〈2T)绝热温变高、导热性好、易加工等优点成为目前唯一应用于 室温磁制冷样机的实用型制冷工质。 而目前，对材料的磁热效应的研宄主要是对材料进行成分方面调控，从而调节材 料的磁热效应和居里温度，而研宄其微结构的纳米化对其磁热效应的影响较少。 另外，稀土钆元素具有极大的化学活性，很难制备成为纳米颗粒，如果要想获得具 有纳米晶的块体材料不仅需要有效防止氧化还要确保材料在制备成块体材料时不发生晶 粒长大，因此，制备难度大。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种钆块体材料及其制备方 法。本专利技术的方法简单易行，可制备出不同晶粒度的钆块体材料，材料的平均晶粒尺寸在 20-1000纳米范围可调，而且在上述晶粒度范围内材料相应的磁热效应随着制备的材料的 晶粒度增加而增加。 为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案： 一种钆块体材料的制备方法，包括如下操作步骤： 步骤一，以金属钆粉末为原料，采用机械球磨法将所述原料研磨； 步骤二，在氩气保护的预处理室中将研磨后的钆粉末装入模具中并预压； 步骤三，将所述模具放入放电等离子烧结设备中进行烧结，从而得到所述钆块体 材料。 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述原料金属钆粉末的纯度为 99. 5%以上，粒度为30-50ym。可通过商业渠道购买，为市售产品。 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述机械球磨法中，球料比为 10:1-60:1(比如 12:1、20:1、25:1、30:1、36:1、42:1、50:1、53:1、56:1、59:1)，保护气氛为 l_5bar(比如 2bar、3bar、4bar)的氩气（Ar)气氛，球磨转速为 300-500rpm(比如 305rpm、 320rpm、335rpm、350rpm、380rpm、410rpm、430rpm、455rpm、486rpm、499rpm)，球磨时间为 10-50小时（比如11小时、15小时、23小时、28小时、35小时、40小时、45小时、49小时）。 更优选地，在所述机械球磨法中，球料比为10:1-30:1，保护气氛为4-5bar的氩气（Ar)气 氛，球磨转速为400-500rpm，球磨时间为20-40小时。 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述预处理室中的氧浓度低于 0? 5ppm(比如 0? 5ppm、0. 4ppm、0.lppm、0. 05ppm)。 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述模具为硬质合金模具，比如WC 硬质模具。硬质模具可以石墨模具承受更大压力。 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述烧结中，烧结温度为 300-80(TC(比如 31(rc、34(rc、37(rc、39(rc、45(rc、49(rc、54(rc、58(rc、64(rc、69(rc、 730 °C、740 °C、760 °C、795°C)。更优选地，在所述烧结中，烧结温度为500-800 °C，压力 为 100-2000MPa(150MPa、240MPa、350MPa、600MPa、800MPa、1200MPa、1500MPa、1800MPa、 1950MPa)，升温速率为 50-100°C/min(55°C/min、68°C/min、80°C/min、90°C/min、98°C/ min)，保温时间为4-10分钟（5min、7min、9min)，且所述烧结在真空条件下进行。最优选地， 在所述烧结中，烧结温度为800°C，压力为lOOOMPa，升温速率为50°C/min，保温时间为5分 钟，真空度为l(T2Pa。 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述钆块体材料的平均晶粒尺寸为 20-1000纳米。在该晶粒度范围内，所述札块体材料的磁热效应随着晶粒度增加而增加。 -种采用上述方法制备得到的钆块体材料，该材料的平均晶粒尺寸为20-1000纳 米(30nm、50nm、120nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、950nm)，纯 度达到99%以上，理论密度达到99. 5%以上，为高纯、高致密度的Gd块体材料。 本专利技术通过高能球磨技术加放电等离子烧结的方法制备了不同晶粒度的Gd块材 料，所制备的Gd块体材料的平均晶粒尺寸在20-1000纳米范围可调，而获得的材料相应的 磁热效应也随着制备的钆块材料的晶粒度增加而增加；也就是说通过调节钆块材料的晶粒 度而调控材料的磁热效应。本专利技术的Gd块的最大磁熵变可达到10. 3JKg< ?IT1，是一种非 常好的磁制冷工质材料。 此外，本专利技术还具有以下特点：1)本专利技术的纳米晶Gd块的制备方法，原料易得，为 普通商业的材料，成本较低，制备工艺简单，操作方便，易于实现大规模的工业化生产。2)反 应中没有采用有毒物质，对环境无污染。3)制备过程中不需要加入表面活性剂、催化剂等， 杂质很少，容易得到高纯度的产物。【附图说明】 图1为高能球磨技术加放电等离子烧结的方法制备的Gd块材料的形貌图（TCM照 片）； 图2为实施例1制备的Gd块材料的绝热温度变曲线（0-15000奥斯特）； 图3为实施例1制备的Gd块材料的等温磁化曲线（M-H) (0-50000奥斯特）； 图4为实施例2高能球磨技术加放电等离子烧结的方法制备的Gd块材料形貌图 (TEM照片）； 图5为实施例2制备的Gd块材料的绝热温度变曲线（0-15000奥斯特）；图6为实施例2制备的Gd块材料的等温磁化曲线（M-H) (0-50000奥斯特）； 图7为实施例3高能球磨技术加放电等离子烧结的方法制备的Gd块材料的绝热 温度变曲线（0-15000奥斯特）。【具体实施方式】 以下实施例中使用的原料金属钆粉末均通过商业渠道购买得到，该原料的纯度为 99. 5%，粒度为 30-50um。 实施例1 Gd块材料1的制备方法： (1)将金属钆粉末原料4克以及不锈钢金属研磨球120克（球料比为30:1) -起 放入250ml不锈钢研磨罐中，并充入lbar的氩气（Ar)进行保护；然后将装好原料样品的球 磨罐即上述研磨罐置于球磨机上进行球磨，球磨条件：球磨转速为400rpm，球磨时间为40 小时； (2)在高纯氩气（纯度达到99. 99%以上）保护的预处理室（氧浓度为0? 4ppm)， 将研磨后的钆粉末装入WC硬质合金模具中，然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钆块体材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：步骤一，以金属钆粉末为原料，采用机械球磨法将所述原料研磨；步骤二，在氩气保护的预处理室中将研磨后的钆粉末装入模具中并预压；步骤三，将所述模具放入放电等离子烧结设备中进行烧结，从而得到所述钆块体材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾宏，高慧，武英，况春江，周少雄，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。