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一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2020-12-24
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2021-06-01
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-01-14
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2040-12-24
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN202011551726.6 申请日 2020-12-24
公开/公告号 CN112795832B 公开/公告日 2022-01-14
授权日 2022-01-14 预估到期日 2040-12-24
申请年 2020年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 C22C33/04C22C38/04C22C38/08C22C38/10C22C38/16C21D1/26C21D1/773C21D6/00C30B29/52C09K5/06F25B21/00 主分类号 C22C33/04
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 3
权利要求数量 4 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 1 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 李领伟、董晓石、马志攀、张振乾 第一发明人 李领伟
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州君度专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
杨舟涛
摘要
本发明公开了一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用,其特征在于化学通式为:La1‑xRExFe12‑yTyB6;为SrNi12B6型晶体结构,属于空间群,其中RE为轻稀土Pr、Nd、Sm、Y中的一者或两者之间的混合,T为过渡金属Co、Ni、Mn、Cu、Al、Cr、Zn中的一种或者多种的混合,0.03≤x≤0.5,0≤y≤3。本发明稀土铁硼材料在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为10.2‑16.8J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为12.5‑20.3J/kgK。本发明稀土铁硼材料采用常规技术手段制备,该方法工艺简单、原料价格低廉,适用于工业化生产与应用。
  • 摘要附图
    一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-01-14 授权
2 2021-06-01 实质审查的生效 IPC(主分类): C22C 33/04 专利申请号: 202011551726.6 申请日: 2020.12.24
3 2021-05-14 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种稀土铁硼基磁制冷材料,其特征在于:化学通式为:La1‑xRExFe12‑yTyB6;其中RE为轻稀土Pr、Nd、Sm中的一者或两者之间的混合,T为过渡金属Co、Ni、Mn、Cu、Al、Cr、Zn中的一种或者多种的混合,0.03≤x≤0.5,0≤y≤3。

2.根据权利要求1所述的一种稀土铁硼基磁制冷材料,其特征在于:所述的La1‑xRExFe12‑yTyB6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于 空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为10.2‑16.8J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为12.5‑20.3J/kgK。

3.根据权利要求1所述的一种稀土铁硼基磁制冷材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:按照化学式La1‑xRExFe12‑yTyB6称量La、RE、Fe、T、B原料;
步骤二:在惰性气体保护或真空下,采用电弧放电、等离子放电、感应或电阻加热的方式将步骤一中的原料加热到熔化并保持1‑3分钟;
步骤三:在惰性气体保护或真空下,将上一步骤所得产物翻转后,采用电弧、感应或电阻加热的方式再次加热至熔化并保持1‑3分钟,此步骤重复3‑5次;
步骤四:将所得产物加热至800‑1250摄氏度真空或惰性气体下保护下退火70‑480小时,得到均匀的La1‑xRExFe12‑yTyB6磁制冷材料。

4.根据权利要求1所述的一种稀土铁硼基磁制冷材料在磁制冷机中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于磁学材料技术领域,特别涉及一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与其在磁制冷机中的应用。

背景技术

[0002] 磁制冷是一种利用磁性材料的磁热效应(即magnetocaloric effect,又称磁卡效应或磁熵效应)实现制冷的一种无污染的制冷方式。磁制冷的原理是利用外加磁场而使磁工质的磁矩发生有序、无序的变化(相变)引起磁体吸热和放热作用而进行制冷循环。通过磁制冷工质进入高磁场区域,放出热量到周围环境;进入零/低磁场区域,温度降低,吸收热量达到制冷的目的;如此反复循环可连续制冷。与传统的制冷技术相比具有效率高、单元体积小、运行平稳、无噪音等优点。特别是相比较于氟利昂压缩制冷带来的种种环境问题,磁制冷技术是完全绿色无环境污染的制冷方式。磁制冷技术被认为是未来可能取代传统的气体压缩制冷,成为最有发展前景的制冷技术之一。而取决于这一技术能否走出实验室,走向商用化的关键之一是寻找不同温区的磁制冷材料。目前一方面高性能磁制冷材料相对较少,另一方面目前报道的高性能磁制冷材料,特别是中低温区磁制冷材料,一般均含有重稀土元素,由于重稀土元素价格昂贵且含量稀少,而限制了该类材料的实际应用。开发高丰度稀土低成本基磁性材料是稀土材料可持续发展战略至关重要。
[0003] 根据研究,轻稀土La1‑xRExFe12‑yTyB6材料在各自磁转变温度附近部级具有较大的磁熵变。是一种优异的磁制冷材料,在磁制冷中具有较好的应用前景。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种稀土铁硼基磁制冷材料及其制备方法与应用。
[0005] 本发明一种稀土铁硼基磁制冷材料化学通式为:La1‑xRExFe12‑yTyB6;其中RE为轻稀土Pr、Nd、Sm中的一者或两者之间的混合,T为过渡金属Co、Ni、Mn、Cu、Al、Cr、Zn中的一种或者多种的混合,0.03≤x≤0.5,0≤y≤3;
[0006] 所述的La1‑xRExFe12‑yTyB6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于 空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为10.2‑16.8J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为12.5‑20.3J/kgK。
[0007] 所述的稀土铁硼基磁制冷材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
[0008] 步骤一:按照化学式La1‑xRExFe12‑yTyB6称量La、RE、Fe、T、B原料;
[0009] 步骤二:在惰性气体保护或真空下,采用电弧放电、等离子放电、感应或电阻加热的方式将步骤一中的原料加热到熔化并保持1‑3分钟;
[0010] 步骤三:在惰性气体保护或真空下,将上一步骤所得产物翻转后,采用电弧、感应或电阻加热的方式再次加热至熔化并保持1‑3分钟,此步骤可重复3‑5次;
[0011] 步骤四:将所得产物加热至800‑1250摄氏度真空或惰性气体下保护下退火70‑480小时,得到均匀的La1‑xRExFe12‑yTyB6磁制冷材料。
[0012] 一种稀土铁硼基磁制冷材料在磁制冷机中的应用。
[0013] 本发明相对现有技术具有的效果:本发明稀土铁硼材料采用常规技术手段制备,该方法工艺简单、原料价格低廉,适用于工业化生产与应用。

实施方案

[0014] 下面对本发明做进一步的分析,但具体实施案例并不对本发明作任何限定。
[0015] 实施例1:
[0016] 本实施例制备化学式La0.9Pr0.1Fe12B6的磁制冷材料,其制备方法按以下具体步骤进行:
[0017] 步骤一:按摩尔比La:Pr:Fe:B=0.9:0.1:12:6比例,分别称量纯度为99.9%的La、Pr、Fe、B原料;
[0018] 步骤二:将称好的原料放入水冷坩埚中,在Ar气体保护下,采用电弧熔炼的原料加热到熔化并保持1分钟;
[0019] 步骤三:在Ar气体保护下,将步骤二所得产物翻转后,再次利用电弧熔炼加热至熔化,并保持1分钟,重复此步骤5次;
[0020] 步骤四:将所得得到La0.9Pr0.1Fe12B6锭子加热到1200摄氏度真空下退火80小时,获得多晶块体。
[0021] 利用XRD和磁性测定表明La0.9Pr0.1Fe12B6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于 空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为10.8J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为13.5J/kgK。
[0022] 实施例2:
[0023] 本实施例制备化学式La0.8Nd0.2Fe12B6的磁制冷材料,其制备方法按以下具体步骤进行:
[0024] 步骤一:按摩尔比La:Nd:Fe:B=0.8:0.2:12:6比例,分别称量纯度为99.9%的La、Nd、Fe、B原料;
[0025] 步骤二:将称好的原料放入水冷坩埚中,在Ar气体保护下,采用感应熔炼的原料加热到熔化并保持2分钟;
[0026] 步骤三:在Ar气体保护下,将步骤二所得产物翻转后,再次利用感应熔炼加热至熔化,并保持1.5分钟,重复此步骤3次;
[0027] 步骤四:将所得得到La0.8Nd0.2Fe12B6锭子加热到1100摄氏度真空下退火120小时,获得多晶块体。
[0028] 利用XRD和磁性测定表明La0.8Nd0.2Fe12B6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于 空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为11.2J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为14.3J/kgK。
[0029] 实施例3:
[0030] 本实施例制备化学式La0.6Pr0.3Nd0.1Fe12B6的磁制冷材料,其制备方法按以下具体步骤进行:
[0031] 步骤一:按摩尔比La:Pr:Nd:Fe:B=0.6:0.3:0.1:12:6比例,分别称量纯度为99.9%的La、Pr、Nd、Fe、B原料;
[0032] 步骤二:将称好的原料放入水冷坩埚中,在真空下,采用电阻丝熔炼的原料加热到熔化并保持3分钟;
[0033] 步骤三:在Ar气体保护下,将步骤二所得产物翻转后,再次利用感应熔炼加热至熔化,并保持3分钟,重复此步骤3次;
[0034] 步骤四:将所得得到La0.6Pr0.3Nd0.1Fe12B6锭子加热到800摄氏度真空下退火220小时,获得多晶块体。
[0035] 利用XRD和磁性测定表明La0.6Pr0.3Nd0.1Fe12B6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为11.2J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为13.3J/kgK。
[0036] 实施例4:
[0037] 本实施例制备化学式La0.85Pr0.15Fe11CoB6的磁制冷材料,其制备方法按以下具体步骤进行:
[0038] 步骤一:按摩尔比La:Pr:Fe:Co:B=0.85:0.15:11:1:6比例,分别称量纯度为99.9%的La、Pr、Fe、Co、B原料;
[0039] 步骤二:将称好的原料放入水冷坩埚中,在真空下,采用电弧熔炼的原料加热到熔化并保持2分钟;
[0040] 步骤三:在Ar气体保护下,将步骤二所得产物翻转后,再次利用感应熔炼加热至熔化,并保持2分钟,重复此步骤4次;
[0041] 步骤四:将所得得到La0.85Pr0.15Fe11CoB6锭子加热到900摄氏度真空下退火300小时,获得多晶块体。
[0042] 利用XRD和磁性测定表明La0.85Pr0.15Fe11CoB6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为15.4J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为19.2J/kgK。
[0043] 实施例5:
[0044] 本实施例制备化学式La0.6Pr0.2Sm0.2Fe10Ni2B6的磁制冷材料,其制备方法按以下具体步骤进行:
[0045] 步骤一:按摩尔比La:Pr:Sm:Fe:Ni:B=0.6:0.2:0.2:10:2:6比例,分别称量纯度为99.9%的La、Pr、Nd、Fe、Ni、B原料;
[0046] 步骤二:将称好的原料放入水冷坩埚中,在真空下,采用感应熔炼的原料加热到熔化并保持2.5分钟;
[0047] 步骤三:在Ar气体保护下,将步骤二所得产物翻转后,再次利用感应熔炼加热至熔化,并保持2.5分钟,重复此步骤4次;
[0048] 步骤四:将所得得到La0.6Pr0.2Sm0.2Fe10Ni2B6锭子加热到1100摄氏度真空下退火320小时,获得多晶块体。
[0049] 利用XRD和磁性测定表明La0.6Pr0.2Sm0.2Fe10Ni2B6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为13.3J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为16.2J/kgK。
[0050] 实施例6:
[0051] 本实施例制备化学式La0.6Nd0.2Sm0.2Fe10CuMnB6的磁制冷材料,其制备方法按以下具体步骤进行:
[0052] 步骤一:按摩尔比La:Nd:Sm:Fe:Cu:Mn:B=0.6:0.2:0.2:10:1:1:6比例,分别称量纯度为99.9%的La、Pr、Nd、Fe、Ni、B原料;
[0053] 步骤二:将称好的原料放入水冷坩埚中,在真空下,采用感应熔炼的原料加热到熔化并保持2.5分钟;
[0054] 步骤三:在Ar气体保护下,将步骤二所得产物翻转后,再次利用感应熔炼加热至熔化,并保持2.5分钟,重复此步骤4次;
[0055] 步骤四:将所得得到La0.6Nd0.2Sm0.2Fe10CuMnB6锭子加热到1150摄氏度真空下退火400小时,获得多晶块体。
[0056] 利用XRD和磁性测定表明La0.6Nd0.2Sm0.2Fe10CuMnB6材料为SrNi12B6型晶体结构,属于 空间群,在0~5T的磁场变化下,等温磁熵变为12.1J/kgK;在0~7T的磁场变化下,等温磁熵变为14.2J/kgK。
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