磁致冷材料成型初探

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1、室温磁致冷材料成型初探朱向东李远辉吴卫（四川工业学院材料科学与工程系，四川成都610039）摘要：本文讨论了磁致冷材料在磁致冷机中的使用，针对室温磁致冷材料要与换热流体进行快速、充分的热交换和现阶段开发研究的一些具有巨磁热效应的室温磁致冷材料多为金属间化合物的特点，分析比较了目前已有的一些磁致冷材料成型工艺方法的优缺点，介绍了一种新的成型工艺方法。关键词：室温磁致冷材料金属间化合物成型StudyingontheshapingmethodsofroomtemperaturemagneticrefrigerantmaterialsZHUXiangdong,LIYuanhu

2、i,WUWei(DepartmentofMaterialsScienceandEngneering,SichuanUniversityofScienceandTechnology,Chengdu,610039,China)Abstract:Theshapingmethodsandtechnologyofmagneticrefrigerantmaterialsusedinroomtemperaturemagneticrefrigeratorsareanalysedandinvestigated,basedontherequestthatmagneticrefrigera

3、ntmaterialscouldexchangeheatrapidlyandcompletelywithliquidinuseandthefactthatroomtemperaturemagneticrefrigerantmaterialswiththepropertyofgiantmagnetocaloriceffectwhichweredevelopedandfoundrecentlyarealmostintermetalliccompounds。Anewshapingmethodispresented。Keywords:roomtemperaturemagnet

4、icrefrigerantmaterials;intermetalliccompounds;shaping;41绪言制冷与低温技术在国民经济发展中起着非常重要的作用。在工业生产和科学研究中，人们通常把人工致冷分为低温和高温两个温区，把制取温度低于20K称为低温致冷，高于20K称为高温致冷。在低温区，超导技术的发展和应用要求具有体积小、重量轻、效率高的制冷装置；在高温区（尤其在室温区），由于传统气体致冷工质使用的氟里昂气体对大气中臭氧层有破坏作用而被国际上所禁用，要求发展新型无环境污染的制冷技术。而磁致冷在这方面的优势促使其成为引人瞩目的国际前沿研究课题。磁致冷就是一种

5、以磁性材料为工质的致冷技术，其基本原理是借助磁致冷材料的可逆磁热效应，又称磁卡效应(MagnetocaloricEffect，MCE)，即磁致冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时温度降低因而可从外界吸取热量，达到致冷目的。目前磁致冷已成为制取极低温的一个主要方式，但是在高温区还处于实验探索阶段。磁致冷中致冷的效果、效率依赖于磁致冷工质的磁熵变大小或绝热温变，因此寻求在较宽温度范围内具有巨磁热效应的磁致冷材料是磁致冷技术发展的关键。1997年美国Ames实验室以karlA.Gschneidner,Jr教授为首的科学家因发现了具有巨磁热效应的Gd5(SiXGe1-

6、X)4合金[1]而受到美国能源部的嘉奖，最近报道的如Gd4(BicSb1-c)3[2]、MnAs1-cSbc[3]、La(Fe0.88Si0.12)13Hy[4]、MnFeP0.45As0.55[5]、LaFe11.2Co0.7Si1.1[6]等化合物也是比较有前途的候选室温磁致冷材料，预计在未来的5～10年内室温磁致冷技术会进入实用化阶段。然而现阶段所开发研究的这些室温磁致冷材料多为金属间化合物，其脆性大、难于加工的特点将直接影响其在磁致冷机中的使用。本文的目的就是结合磁致冷材料在磁致冷机中的使用特点分析探讨其成型工艺方法。2磁致冷机的基本工作原理及主动磁热交换循环

7、（AMRC）工艺4磁致冷机的基本工作原理如图1所示。顺磁体或铁磁体绝热磁化时，呈无序状态的磁矩变为有序排列，磁有序度增加，磁熵值降低（类似于传统气体制冷过程中气体被压缩的情形），它的降低以热量的形式释放出来，若将此热量导走，在绝热去磁时，呈有序排列的磁矩又回复到随机排列的状态，磁体内的磁熵值增加（如同传统气体制冷过程中气体膨胀的情形），磁体就从被冷却的物质中吸收热量。通过这两个步骤的连续进行而实现制冷目的。图1磁致冷机的基本工作原理Fig.1Aschematicrepresentationofhowmagneticrefrigeratorsworks