【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁制冷材料，尤其涉及一种la-fe-si基磁制冷材料及其制备方法。
技术介绍
1、磁制冷是指以磁性材料为固态工质的一种新型的制冷技术，其原理是基于磁制冷材料的磁热效应，即材料在等温磁化过程向外界放出热量，绝热退磁过程从外界吸收热量，从而达到制冷的目的。磁制冷具有节能高效、绿色环保、稳定可靠等优点，且有望替换传统气体压缩制冷，是一种极具开发潜力的制冷方式。
2、磁制冷材料是磁制冷技术的核心之一，直接影响到制冷机的性能。研究发现，gd5(si,ge)4、mnfe(p,si,as)以及la(fe,si)13等化合物在室温范围内具有大磁热效应，而在众多磁制冷材料中，la(fe,si)13基化合物由于具有低磁场诱导的巨磁热效应、低滞后、价格低廉以及安全无毒害元素等优点而受到广泛关注，是目前最具实用化潜力的室温磁制冷材料之一。
3、通常，具有nazn13型晶体结构la(fe,si)13基磁热化合物(记为1:13磁热相)的形成需要经历包晶反应：l+fe→la(fe,si)13，但感应和电弧熔炼等传统铸造方式不能直接得到这种1:13磁热相，铸锭需要高温热处理七天甚至数周的时间才能形成磁热相，这极大的延长了生产周期，同时造成大量的能源消耗。另外la(fe,si)13基化合物的居里温度在200k左右，不能直接应用于室温。将la(fe,si)13基化合物进行氢化处理是目前提高居里温度至室温及同时保持大磁热效应最有效的方法，但la(fe,si)13基化合物本征脆性较大，致密合金充氢气难度大，并且在吸氢过程会因晶格膨
4、为了缩短la(fe,si)13基1:13磁热相的形成时间，科研人员尝试了多种方法，如：(1)将材料制成微米级片、丝、球等结构；(2)将金属粉体破碎成微纳米级混合粉；(3)提高退火温度，采用超高温退火；(4)调控材料成分富稀土化。但这些方法存在工艺复杂、实现困难、生产成本高等不足，并且不能解决la(fe,si)13基化合物氢化粉碎问题，所得材料难以直接应用于制冷机中。为此，进一步采用添加聚合物或金属粘结剂，并在一定温度和压力下成型提高材料力学性能和成型能力，但低压力会造成复合材料密度较低，而高压力易导致脆性的磁热相破碎，两者均造成材料的磁热效应严重衰减。
5、综上所述，如何高效获得高磁热性能的la(fe,si)13基合金，同时保证材料稳定成型是目前亟待解决的难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是如何实现la-fe-si基磁制冷材料的高效成相，同时保证材料稳定成型。
2、为实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种la-fe-si基磁制冷材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、按照设定化学配比配制原料，化学式为(la1-xrx)mfe13-nsin，其中，r选自ce、pr、nd元素中的任意一种或多种，1≤m≤7，1≤n≤10，0≤x≤0.5；
4、s2、将步骤s1配制的原料进行熔炼，获得la-fe-si基中间合金，破碎成粉体，得到la-fe-si基中间合金粉体；或者将步骤s1配制的原料进行熔炼，直接获得la-fe-si基中间合金粉体；
5、s3、以步骤s2得到的la-fe-si基中间合金粉体与fe粉、si粉、m粉或合金粉为原料，按照化学式(la1-xrx)a(fe1-bmb)(13-y)csiyaz配制混合粉，其中，m选自cr、mn、co、ni、al元素中的任意一种或多种，合金粉为fe与cr、mn、co、ni、al、b、c、si中的一种或多种元素组成的二元或多元合金粉，a为b和/或c元素，0≤x≤0.5，1≤y≤2，0≤z≤0.5，1≤a≤2，0≤b≤0.1，0.5≤c≤1.5；
6、s4、将步骤s3配制的混合粉压制成坯体；
7、s5、将步骤s4得到的坯体烧结处理，获得块体la(fe,si)13基磁制冷材料，所述la(fe,si)13基磁制冷材料中的la(fe,si)13基相具有nazn13型晶体结构。
8、本专利技术公开了一种la-fe-si基磁制冷材料及其制备方法，本专利技术先制备富稀土成分的中间合金粉，再将中间合金粉与其他原料粉混合配制成目标合金，通过合金成分优化设计，结合特定的粉末冶金工艺，使磁热相在很短的烧结时间内快速形成，同时材料中存在孔隙和增强相，保证材料充氢后形状完整并具有一定的强度。
9、进一步地，所述步骤s5中，烧结温度为1000～1300℃，烧结时间5小时内，la(fe,si)13基磁制冷材料中nazn13型晶体结构相的体积分数达到最大可成相体积分数的90％以上，最大可成相体积分数是指la(fe,si)13基磁制冷材料配方限定的情况下，通过延长烧结时间，nazn13型晶体结构磁热相完全成相时的体积分数。本专利技术工艺在常规的烧结温度下就可以实现la(fe,si)13基磁制冷材料快速成相，有利于实现产业化应用，与铸造法制备的富稀土化材料相比，烧结处理过程还可以减少富稀土相的含量，这有利于降低脆性富稀土相对材料力学性能的不利影响。
10、进一步地，所述步骤s4中，混合粉压制成坯体的密实度为80％～95％。压制使坯体具有一定的密实度，保证烧结后材料的强度。
11、进一步地，所述步骤s5中，坯体烧结处理获得的所述la(fe,si)13基磁制冷材料的孔隙率为1％～10％。烧结后磁制冷材料具有一定的孔隙率，保证充氢时不会破碎。
12、进一步地，所述步骤s2中，得到的la-fe-si基中间合金粉体的粒径<100μm。本专利技术在粉体粒径较大时就可以实现高效成相，而大颗粒的粒径不易氧化，可以避免材料性能下降，采用普通的机械破碎方式就可以满足粒径要求，对工艺和生产设备要求低，利于工业生产。
13、进一步地，所述步骤s4中，金属包套的材质为纯fe或fe合金。金属包套对装填在其中的粉末起到限制作用，变形过程中材料由于受到包套的束缚而发生较大的均匀变形，提升了组织内部的密实度，缩小粉末冶金所形成的孔隙，使材料具有更好的机械性能。
14、进一步地，制备方法还包括步骤s6、对步骤s5得到的la(fe,si)13基磁制冷材料进行充氢处理。
15、进一步地，所述步骤s6中，充氢处理的条件为压强0.1～1mpa，温度20～500℃，时间1～12小时。充氢处理可以提高la(fe,si)13基磁制冷材料的居里温度，使材料可以直接在室温工作，材料中孔隙和fe增强相存在，保证充氢后材料形状完整。
16、本专利技术第二方面提供一种la-fe-si基磁制冷材料，由上述的制备方法制得。本专利技术制备的la-fe-si基磁制冷材料在0～1t磁场变化下的熵变为4～16j/kg k，在0～2t磁场变化下的熵变为6～22j/kg k，获得了窄滞后、高磁热性能的室温磁制冷材料。
17、综上所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，烧结温度为1000～1300℃，烧结时间5小时内，NaZn13型晶体结构相的体积分数达到最大可成相体积分数的90％以上。
3.根据权利要求1所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，混合粉压制成坯体的密实度为80％～95％。
4.根据权利要求1所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，坯体烧结处理获得的所述La(Fe,Si)13基磁制冷材料的孔隙率为1％～10％。
5.根据权利要求1所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，得到的La-Fe-Si基中间合金粉体的粒径<100μm。
6.根据权利要求1所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，坯体成型方法为将混合粉压入两端开口的金属包套内，进行轧制后去除包套，获得板状坯体。p>
7.根据权利要求6所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，金属包套的材质为纯Fe或Fe合金。
8.根据权利要求1～7任一所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，还包括步骤S6，对步骤S5得到的La-Fe-Si基磁制冷材料进行充氢处理。
9.根据权利要求8所述的La-Fe-Si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，充氢处理的条件为压强0.1～1MPa，温度20～500℃，时间1～12小时。
10.一种La-Fe-Si基磁制冷材料，其特征在于，由如权利要求1～9任一所述的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种la-fe-si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的la-fe-si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，烧结温度为1000～1300℃，烧结时间5小时内，nazn13型晶体结构相的体积分数达到最大可成相体积分数的90％以上。
3.根据权利要求1所述的la-fe-si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，混合粉压制成坯体的密实度为80％～95％。
4.根据权利要求1所述的la-fe-si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，坯体烧结处理获得的所述la(fe,si)13基磁制冷材料的孔隙率为1％～10％。
5.根据权利要求1所述的la-fe-si基磁制冷材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，得到的la-fe-si基中间合金粉体的粒径<100μ...
【专利技术属性】
技术研发人员：张明晓，李航程，李春晖，闫阿儒，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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