。优选组合物首先 在800-1400°C的温度下烧结,更优选900-1300°C。对成形体/固体而言,烧结更优选在1000-1300 °C的温度下进行,尤其是1000-1200 °C。烧结优选进行1-50小时,更优选2-20小时,尤其 是5-15小时(步骤dl)。烧结后,优选将所述组合物在500-1000 °C的温度下热处理,优选700-1000 °C,但甚至更优选在800-900°C范围之外的上述温度范围,即热处理优选在温度T下进 行,其中700°C〈T〈800°C和900°(:〈1'〈1000°(:。热处理优选进行1-100小时,更优选1-30小时, 尤其是10-20小时(步骤d2)。在该热处理后,接着可冷却至室温,优选其缓慢进行(步骤d3)。 额外的第二热处理同样可在900_1300°C,优选1000-1200°C的温度下进行合适时间,优选1-30小时,优选10-20小时(步骤d4)。
[0069] 准确时间可根据材料调节至实际需要。在使用熔融纺丝法的情况下,可显著缩短 烧结或热处理时间,例如缩短至5分钟至5小时,优选缩短至10分钟至1小时。与烧结10小时 和热处理50小时的另外惯用值相比,这导致较大的时间优势。
[0070] 所述烧结/热处理导致颗粒边界部分熔融,从而使得所述材料进一步压实。
[0071]因此,步骤(b)或(c)中的熔融和快速冷却使得步骤(d)的时间显著缩短。这也允许 连续制备所述磁热材料。
[0072]优选步骤(d)包括如下步骤
[0073] (dl)烧结,
[0074] (d2)第一热处理,
[0075] (d3)冷却,和
[0076] (d4)第二热处理。
[0077] 步骤(dl)_(d4)可如上所述进行。
[0078] 在步骤(e)中,步骤(d)的烧结和/或热处理产物的骤冷以至少ΙΟΚ/s,优选至少 lOOK/s的冷却速率进行。烧结和/或热处理后,当磁热材料不是缓慢冷却至环境温度,而是 以高冷却速率骤冷时,可显著降低热滞和转变宽度(transition width)。该冷却速率为至 少1 OK/s,优选至少1 OOK/s。
[0079] 骤冷可通过任何合适的冷却方法实现,例如通过用水或含水液体(如冷却水或冰/ 水混合物)骤冷所述固体。例如,可使所述固体落入冰冷却的水中。也可用过冷气体如液氮 骤冷所述固体。本领域技术人员已知其它骤冷方法。冷却的受控和快速特征在800-900 °C的 温度范围内尤其有利,即优选将材料在800-900°C的温度范围内的暴露时间保持尽可能短。
[0080] 所述磁热材料制备的其余步骤不那么重要,只要最后一步包括以大冷却速率骤冷 所述烧结和/或热处理的固体即可。
[0081] 在步骤(f)中,可将步骤(e)的产物成形。步骤(e)的产物可通过本领域熟练技术人 员已知的任何合适方法成形,例如通过与环氧树脂或任何其它粘合剂结合。如果以粉末或 小颗粒的形式获得步骤(e)的产物,则尤其优选进行成形步骤(f)。
[0082] 可将本发明磁热材料用于任何合适的应用中。例如,它们可用于冷却系统中,例如 制冷机和气候控制单元、热交换器、热栗或热电发电机。特别优选用于冷却系统中。本发明 其它目的是含有至少一种上述本发明磁热材料的冷却系统、热交换器、热栗和热电发电机。 下文通过实施例和参考磁制冷领域技术状态具体阐述本发明。 实施例
[0083] A)磁热材料的制备
[0084]下述所有实施例根据相同方法合成。在行星式球磨机中将化学计量量的Μη薄片,B 薄片以及Fe2P、P、和Si的粉末研磨10h,其中球与样品的重量比为4。然后将所得粉末压制为 颗粒,并在200毫巴的Ar气氛下密封在石英安瓿中。热处理通过多个步骤工艺进行:首先,在 1100 °C下进行烧结2小时,接着在850 °C下进行第一热处理20小时。接着将样品在炉中冷却 至室温。最后,样品在ll〇〇°C下热处理20小时,接着通过将热石英安瓿浸入在室温的水中而 迅速骤冷样品。
[0085]制备的材料的组成归纳于表1中。
[0086] 表1:组成
[0088] 如果不存在B,则可非常准确地给出组成。然而,尤其对非常少量的B而言,难以非 常准确地确定z的值。这与B与氧的亲和力有关。如果样品中存在氧(这几乎是不可避免的), 部分B将反应成B 2〇3,其为挥发性的并因此不进入化合物。z的误差一般为约±0.01。
[0089] B)检测
[0090] 实施例的比热在差示扫描量热计中于零场以lOKmirT1的扫描速率测量。对列在表1 中的所有磁热材料而言,磁性转变伴随着表明涉及第一级转变的对称比热峰,也就是说涉 及如K · A · Geschneidner Jr ·,V · K · Pecharsky和A · 0 · Tsokol,Rep · Prog · Phys · 68,1479 (2005)所述的Giant (巨)-磁热材料。
[0091 ] 实施例的磁性性能在Quantum Design MPMS 5XL SQUID磁力计中测定。
[0092] 熵变源自等场磁化测量和利用所谓的Maxwell关系(见A. M. G. Carvalho等, J.Alloys Compd.509,3452(2011))〇
[0093] ATad通过直接方法在自制装置上测量。通过将样品从永磁体产生的磁场移动/取 出(1. ΙΤ?Γ1)施加1. 1T的磁场变化。在各个场变化之间使用4s的弛豫时间,因此,完整磁化/ 退磁循环的持续时间为l〇s。外部控制各循环的起始温度,并在250K至320K之间以Ο.δΚπ?ιΓ 1 的速率扫描。应当注意的是,A Tad&生所需时间一般为约Is或更短,与扫描速率相比几乎是 即时的。
[0094] 通过在装有Anton Paar TTK450低温室的PANalytical X-pert Pro衍射仪中收集 在各种温度于零磁场下的X-射线衍射图研究结构参数。结构确定和精修利用FullProf软件 (见http://wWW. ill ?611/8;^68/;1^11]^1'0;1^/;[11(161.111:1111)进行,并表明列在表1中的所有样品 以六方Fe 2P_型结构结晶(空间群P62m)。
[0095] C)结果
[0096] 图1A)_C)示出了在B=1T的场中于冷却(未填充符号)和加热(填充符号)情况下以 lKmirT1的扫描速率测量的磁化数据。这些数据阐明了硼替代降低滞后同时保持饱和磁化不 变的能力。从US 2011/0167837、US 2011/0220838和CN 102881393 A中建议的参数方面讨 论这些结果。可获得以下观察结果:
[0097] 图1A) :MnFeo.95P2/3Si1/3(实施例1 ;正方形)的热滞为约77K。锰含量提高至 Mm.iFeo.ssP^SivX实施例2;圆形)导致约62K的滞后,也就是说滞后降低约-2K每百分之一 锰。但同时铁磁状态中的磁化值降低,这是加入Μη的不合意的第二个结果。相反,在 Mm.iFeo.85P2/3Siv3中用硼替代导致非常小的滞后,而没有饱和磁化的任何进一步降低,如 Mm.iFeo.ssPo.fMBo.oTSivX实施例3,三角形)所示,滞后为1Κ。平均滞后降低因此为约-10Κ每 百分之一硼。
[0098]图1B):为了使居里温度低于室温,从MnFeo.95P2/3Si1/3(图1A所示实施例1)开始,不 得不提高锰含量,同时必须将硅含量保持在约1/3 Jm. 15Fe〇.8P2/3-zBzSi 1/3系列(z = 0.04,实 施例4,正方形;z = 0.05,实施例5,圆形;z = 0.06,实施例6,三角形;和z = 0.07,实施例7,菱 形)是该可能性的良好实施例。具有合意性能(有限的滞后,锐变)的组合物对应于z = 〇.06 和 ζ = 0·07。
[0099] 图 1C):在Mm.3FeQ.65P2/3- zBzSiv3系列(ζ = 0 ·00,实施例8,正方形;ζ = 0 ·02,实施例 9,圆形;z = 0.04,实施例10,三角形;和z = 0.06,实施例11,菱形)中,获得类似结果。用B替 代小部分P导致更好的性能,特别是降低的滞后,但是,为了获得表现所需小滞后的材料,需 要存在很少含量的B;具有有限的滞后的组合物对应于z = 0.06。
[0100] 为了控制滞后,硼替代看来比US 2011/0