一种导热性能优良的粘结La(Fe,Si)13块状磁体及其制备方法技术

一种导热性能优良的粘结La(Fe,Si)13块状磁体及其制备方法，属于功能材料技术领域。本发明专利技术以LaFe11.5Si1.5H1.65磁粉为磁性物质，以硅酸钠为主粘结剂，以耐高温环氧树脂为辅助粘结剂，制得LaFe11.5Si1.5H1.65磁体。所得磁体的强度得到大幅度提高，并且有优良的导热性能。本发明专利技术的一种导热性能优良的粘结La(Fe,Si)13块状磁体及其制备方法，所得磁体具有良好的磁热效应，较高的强度，在实施过程中设备简单、操作简便、成本较低、易于大规模生产，经济价值高，在磁致冷领域有着很大的应用前景。

La (Fe, Si) 13 bulk magnet with excellent thermal conductivity and preparation method thereof

The invention relates to a bonded La (Fe, Si) 13 bulk magnet with excellent thermal conductivity and a preparation method thereof, belonging to the technical field of functional materials. The present invention uses LaFe11.5Si1.5H1.65 magnetic powder as magnetic material, sodium silicate as binder and high temperature resistant epoxy resin as auxiliary binder to prepare LaFe11.5Si1.5H1.65 magnet. The strength of the obtained magnet is greatly improved, and the thermal conductivity is excellent. A bonded La thermal conductivity of the invention is excellent (Fe, Si) 13 block magnet and a preparation method thereof, the magnet has a good magnetocaloric effect, high strength, in the implementation process, simple equipment, convenient operation, low cost, easy mass production, high economic value, have great application prospects in the cryomagnetic field.

【技术实现步骤摘要】

本专利专利技术了一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体及其制备方法，属于室温区磁致冷材料领域。
技术介绍
制冷技术在社会中应用广泛，而目前普遍使用的气体压缩制冷技术中使用的气体制冷剂会破坏大气臭氧层，并引起温室效应，且其工作效率很低。探索无污染、绿色环保的制冷材料和研发新型高效率的制冷技术是当今世界需要迫切解决的问题。磁制冷技术具有绿色环保、高效节能、稳定可靠的特点，近些年来引起国内外的广泛关注。其中La(Fe,Si)13化合物具有巨磁熵变效应，并且其原材料价格低廉、简单易制备。该体系的相变温度、相变性质和滞后损耗可随组分调节。例如通过在合金间隙中引入H原子可将居里温度调节到室温附近，同时基本保持其磁熵变数值。因此，人们希望通过进一步优化La(Fe,Si)13化合物的性能，获得理想的制冷效果，并最终将其用于实际的磁制冷过程中。La(Fe,Si)13化合物实用化的一大挑战是由其强烈的磁晶耦合特性带来的抗压强度差、易碎、耐腐蚀能力差等缺点。尤其是La(Fe,Si)13合金在经历氢化过程后会直接粉化，这有可能在制冷循环中堵塞循环气路，降低磁制冷效率和制冷机寿命。因此，开发具有良好性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体是克服这一技术障碍的有效方法。本专利技术以氢处理La(Fe,Si)13磁粉为磁制冷工质材料，以硅酸钠为主粘结剂，以环氧树脂为辅助粘结剂，制得的La(Fe,Si)13块状磁体的抗压强度大大提高，且具有优良的导热性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体及其制备方法，原材料易获得、可大规模生产且成本低。本专利技术的一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体是以氢化La(Fe,Si)13磁粉和粘结剂为主要组成原料，再加入适量表面活性剂和润滑剂而制得的粘结磁体。一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，其特征在于，磁体的各主要组成原料为：氢化La(Fe,Si)13磁粉、硅酸钠粘结剂、环氧粘结剂、表面活性剂和润滑剂，其中氢化La(Fe,Si)13磁粉、硅酸钠粘结剂、环氧粘结剂、表面活性剂和润滑剂的质量比为95～96：1.3～5：0～5：0.2～0.5：0.2～0.5。所述的硅酸钠粘结剂是硅酸钠水溶液，模数2.8～3.3，波美度38～40°。优选La(Fe,Si)13磁粉为LaFe11.5Si1.5磁粉，氢化La(Fe,Si)13磁粉为化学式为LaFe11.5Si1.5H1.65的磁粉。本专利技术的一种导热性能优良的粘结La(Fe,Si)13块体磁体的制备方法如下：第一步，按LaFe11.5Si1.5化学式中各元素摩尔比配制原料；第二步，将第一步中配好的原料放入悬浮熔炼炉中，抽真空，用氩气保护下熔炼，获得合金锭；第三步，将第二步中熔炼好的合金锭真空退火，然后在冰水中淬火，制备出具有NaZn13结构的LaFe11.5Si1.5磁热效应合金；第四步，将第三步的磁热效应合金在高压釜中在氢气气氛下进行氢化处理；第五步，将第四步中的合金粉末进行过筛筛分，得到粒度为30μm-450μm的粉末，优选200μm以下的粉末；第六步，将第五步的合金粉末与一定质量的表面活性剂混合，搅拌均匀，得粘结磁粉A；第七步，将第六步得到的粘结磁粉A与环氧粘结剂按一定质量比混合，搅拌均匀，直至磁粉呈松散状，得粘结磁粉B；第八步，将第七步得到的粘结磁粉B与硅酸钠粘结剂按质量比混合，搅拌均匀，直至磁粉呈松散状，得粘结磁粉C；第九步，将第八步得到的粘结磁粉C与一定质量的润滑剂混合，搅拌均匀，得粘结磁粉D；第十步，向第九步得到的粘结磁粉D中喷洒少许有机溶剂，使得粘结磁粉D表面湿润搅拌至磁粉松散，得粘结磁粉E；第十一步，将第十步得到的粘结磁粉E置于模具中振实，在模压成型机中压制成型，脱模得到初始磁体坯F；第十二步，将第十一步得到的初始磁体坯F置于等静压设备中，使其致密化，得到致密化磁体坯G；第十三步，将第十二步得到的致密化磁体坯G置于真空或惰性气体环境中固化，得到具有导热性能优良的粘结La(Fe,Si)13块状磁体磁热效应材料，固化温度为120～200℃，时间30～80min。优选所述的环氧粘结剂在使用前用尽可能少的丙酮进行溶解，即溶即用。表面活性剂优选KH-550、KH-560、KH-570。所述的有机溶剂是丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯中的一种或几种的混合。润滑剂优选为石蜡等。La(Fe,Si)13化合物具有抗压强度差、易碎、耐腐蚀能力差的缺点。尤其是La(Fe,Si)13合金氢化后直接变为粉末状。这会在制冷循环中堵塞循环气路，降低磁制冷效率和制冷机寿命。这限制了La(Fe,Si)13化合物在制冷领域的使用。因此，开发具有高强度，优良的热传导性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，不仅在磁制冷领域有重要的应用前景，且具有非常大的经济价值。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。本专利技术的一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体及其制备方法，不仅具有高强度、优良的导热性能和良好的磁热效应，同时，本专利技术在实施过程中设备简单、操作简便、成本较低，易于大规模生产，经济价值高。因此，本专利技术在磁制冷领域有着很大的应用前景。附图说明图1为实施例1中1#和1”#在0.01T磁场下的热磁(M-T)曲线。图2为实施例1中1#和1”#在不同温度下升场、降场过程的磁化曲线(M-H曲线)。图3为实施例1中1#和1”#在3T场下磁熵变(ΔS)对温度的依赖关系。图4为实施例2中2#和2”#在0.01T磁场下的热磁(M-T)曲线。图5为实施例2中2#和2”#在不同温度下升场、降场过程的磁化曲线(M-H曲线)。图6为实施例2中2#和2”#在3T场下磁熵变(ΔS)对温度的依赖关系。图7为实施例3中3#和3”#在0.01T磁场下的热磁(M-T)曲线。图8为实施例3中3#和3”#在不同温度下升场、降场过程的磁化曲线(M-H曲线)。图9为实施例3中1#和1”#在3T场下磁熵变(ΔS)对温度的依赖关系。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1：一种导热性能优良的粘结La(Fe,Si)13块状磁体的制备方法，按以下步骤进行。第一步，按LaFe11.5Si1.5化学式配料；第二步，将第一步中配好的原料放入悬浮熔炼炉中，抽真空，用氩气保护下反复熔炼四次，获得合金锭；第三步，将第二步中熔炼好的合金锭密封在高真空石英管中，在1120℃下退火21天，打破石英管在冰水中淬火，制备出具有NaZn13结构的LaFe11.5Si1.5磁热效应合金；第四步，将第三步的磁热合金切割成不规则的小颗粒，放入到高压釜中，在氢气压力为5MPa，温度为50℃下进行氢化处理得到LaFe11.5Si1.5H1.65；第五步，将第四步中的合金粉末进行40目，100目，300目，400目筛分，将粉末分为粒度147μm-420μm，44μm-147μm，37μm-44μm三部分；第六步，将95g粒度＜147μmLaFe11.5Si1.5H1.65磁粉与0.3g表面活性剂KH-550混合，搅拌均匀，得粘结磁粉A1；第七步，将第六步得到的粘结磁粉A1与5g硅酸钠粘结剂(模数3.3，波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，其特征在于，磁体的各主要组成原料为：氢化La(Fe,Si)13磁粉、硅酸钠粘结剂、环氧粘结剂、表面活性剂和润滑剂，其中氢化La(Fe,Si)13磁粉、硅酸钠粘结剂、环氧粘结剂、表面活性剂和润滑剂的质量比为95～96：1.3～5：0～5：0.2～0.5：0.2～0.5；La(Fe,Si)13磁粉为LaFe11.5Si1.5磁粉，氢化La(Fe,Si)13磁粉为化学式为LaFe11.5Si1.5H1.65的磁粉。

【技术特征摘要】
1.一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，其特征在于，磁体的各主要组成原料为：氢化La(Fe,Si)13磁粉、硅酸钠粘结剂、环氧粘结剂、表面活性剂和润滑剂，其中氢化La(Fe,Si)13磁粉、硅酸钠粘结剂、环氧粘结剂、表面活性剂和润滑剂的质量比为95～96：1.3～5：0～5：0.2～0.5：0.2～0.5；La(Fe,Si)13磁粉为LaFe11.5Si1.5磁粉，氢化La(Fe,Si)13磁粉为化学式为LaFe11.5Si1.5H1.65的磁粉。2.按照权利要求1所述的一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，其特征在于，硅酸钠粘结剂是硅酸钠水溶液，模数2.8～3.3，波美度38～40°。3.按照权利要求1所述的一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，其特征在于，表面活性剂为KH-550、KH-560、KH-570中的一种或几种。4.按照权利要求1所述的一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体，其特征在于，润滑剂为石蜡。5.制备权利要求1所述的一种具有优良导热性能的粘结La(Fe,Si)13块状磁体的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，按LaFe11.5Si1.5化学式中各元素摩尔比配制原料；第二步，将第一步中配好的原料放入悬浮熔炼炉中，抽真空，用氩气保护下熔炼，获得合金锭；第三步，将第二步中熔炼好的合金锭真空退火，然后在冰水中淬火，制备出具有NaZn1...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳明，许磊，张红国，路清梅，尹玉霞，刘卫强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11