1.本发明涉及一种锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法，尤其涉及一种用于室温磁制冷机的锰铁基磁复合材料及其设计方法、制造方法。
背景技术：
2.目前，随着室温磁制冷技术的发展，室温磁制冷机中的制冷工质显得尤为重要。近几年，室温磁制冷材料的研究已经取得了很大的进展，其中锰铁(mn
‑
fe)基磁制冷材料具有巨磁热效应、价格低廉、制备工艺简单等优点，有望成为大批量商业化生产的候选材料。
3.但是，由于mn
‑
fe基磁性材料存在结构相变和磁相变，导致了该类材料虽然具有巨大的磁热效应，但同时也伴随着工作温度区间小的缺点，即工作温度跨度值小。这给mn
‑
fe基磁性材料在室温磁制冷方面的应用带来束缚。
4.cn102881393a公开了一种mnfepsi基室温磁制冷材料，化学通式为mn
1.2
fe
0.8
p1‑
y
si
y
b
z
，式中0.4≤y≤0.55,0≤z≤0.05。mnfepsi基室温磁制冷材料的制备方法如下：(1)将mn、fe、p、si和b按照通式中各元素的质量百分比混料；(2)在高纯氩气保护下，将配制好的粉末原料放入球磨罐中，加盖密封后球磨；(3)将球磨得到的粉末在氩气保护下煅烧；(4)将煅烧后的试样破碎后，在氩气保护下进行熔体快淬，得到的带材进行退火处理，之后快速淬入水中，得到室温磁制冷材料。cn110364324a公开了一种mn
‑
fe
‑
p
‑
si基磁制冷材料，成分为(mn,fe)2‑
x
nb
x
(p,si)，0.02≤x≤0.04。该专利文献的磁制冷材料可以减小热滞。cn108642355a公开了一种锰铁基室温磁制冷材料,化学通式为mn
1.15
fe
0.85
p
a
si
b
ge
c
b
δ
，a的范围为0.45～0.65，b的范围为0.13～0.35，c的范围为0～0.2，δ的范围为0.0～0.1，且a、b、c、δ满足条件a b c δ＝1。上述专利文献中的磁制冷材料的工作温度区间仍很小。此外，尚未报道如何设计锰铁基磁制冷材料以指导锰铁基磁制冷材料的制造过程。
技术实现要素：
5.有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种锰铁基磁复合材料的设计方法，以指导锰铁基磁制冷材料的制造过程。通过该设计方法，可以制造在较宽的温度区间内保持较大的磁热效应的锰铁基磁复合材料。本发明的另一个目的在于一种锰铁基磁复合材料，在较宽的温度区间内保持较大的磁热效应。本发明的再一个目的在于提供一种如上所述的锰铁基磁复合材料的制造方法。本发明采用如下技术方案实现上述目的。
6.一方面，本发明提供一种锰铁基磁复合材料的设计方法，该锰铁基磁复合材料由若干层锰铁基磁性材料形成；该设计方法包括如下步骤：
7.步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、若干层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
8.[0009][0010]
步骤2、建立下述方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0011][0012][0013]
步骤3、将式(3)和式(4)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
；
[0014]
上述式(1)～(4)中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；h为应用磁场强度，单位为t；δh为应用磁场强度变化值；t表示温度，单位为k；s
k
和δs
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；s
c
和δs
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为大于等于1且小于等于n的自然数；n表示锰铁基磁性材料的总层数，n为大于等于3的自然数；t
m
为每层锰铁基磁性材料的转换温度，单位为k；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为大于等于1且小于等于n
‑
1的自然数。
[0015]
根据本发明的设计方法，优选地，
[0016]
磁熵s
k
根据公式(5)得到：
[0017][0018]
等温磁熵变δs
k
根据公式(6)得到：
[0019][0020]
其中，s为磁熵，单位为j/(kg
·
k)；t为温度，单位为k；c
h
为磁比热，单位为j/(kg
·
k)；h为应用磁场强度，单位为t；m为磁化强度，单位为a/m；μ0为真空磁导率。
[0021]
根据本发明的设计方法，优选地，n＝3。
[0022]
根据本发明的设计方法，优选地，该锰铁基磁复合材料由第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料形成；该设计方法包括如下步骤：
[0023]
步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、三层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
[0024]
[0025][0026]
步骤2、建立下述方程以将三层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0027][0028][0029]
步骤3、将式(3’)和式(4’)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
；
[0030]
上述式(1’)～(4’)中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；h为应用磁场强度；δh为应用磁场强度变化值；t表示温度，单位为k；s
k
和δs
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；s
c
和δs
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为1和2和3；t
m
为每层锰铁基磁性材料的转换温度，单位为k；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为1和2。
[0031]
根据本发明的设计方法，优选地，将(3’)和式(4’)合并为如下矩阵方程进行计算：
[0032][0033]
式中：
[0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040]
分别为第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料的居里温度，单位为k；δh代表磁场变化；δs1、δs2和δs3分别为第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料在不同居里温度下的磁熵变；a
′
、b
′
、c
′
、d
′
、e
′
和f
′
分别代表不同居里温度下的磁熵变。
[0041]
根据本发明的设计方法，优选地，，第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料分别为mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
；z1＝0.22，z2＝0.33，z3＝0.45。
[0042]
另一方面，本发明提供一种锰铁基磁复合材料，其由摩尔比为0.22:0.33:0.45的mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
三层锰铁基磁性材料构成，mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
作为中间层。
[0043]
再一方面，本发明提供上述锰铁基磁复合材料的制造方法，包括如下步骤：
[0044]
将mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
分别形成磁性材料片，由磁性材料片按照顺序叠加而成锰铁基磁复合材料。
[0045]
根据本发明的制造方法，优选地，包括以下具体步骤：
[0046]
a)在惰性气氛下，分别将mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
所需原料进行混合，混合后球磨得到粉末，将粉末压制成片状坯体；
[0047]
b)分别将片状坯体进行烧结和退火处理，得到磁性材料片；
[0048]
c)将磁性材料片按照顺序叠加，粘结，得到锰铁基磁复合材料。
[0049]
根据本发明的制造方法，优选地，步骤b)中，在真空状态下，将片状坯体在1200～1500k烧结1.5～5h，接着在1000～1350k下第一次退火处理15～28h，然后冷却至280～310k；再在1200～1500k下第二次退火处理15～28h，然后在水中淬火，得到磁性材料片。
[0050]
采用本发明的设计方法可以优化各层锰铁基磁性材料，以指导锰铁基磁复合材料的生产。本发明的锰铁基磁复合材料在较宽的工作温度区间内保持较大的磁热效应。本发明的锰铁基磁性材料可以在保持较大的磁热效应的基础上具有较大的工作温度跨度值。
附图说明
[0051]
图1为本发明设计的实施例1的产品和对比例1～3的产品在施加磁场1.5t的条件下的等温磁熵变随温度变化曲线。实心符号表示带有热滞，空心符号表示不带有热滞。
具体实施方式
[0052]
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0053]
本发明所述的“真空”，是指绝对真空度；其数值越小，表示真空度越高。
[0054]
本发明中，磁制冷表示借助磁制冷材料的磁热效应，在等温磁化时向外界排放热量，退磁时从外界吸取热量，从而达到制冷目的。
[0055]
＜锰铁基磁复合材料的设计方法＞
[0056]
本发明的锰铁基磁复合材料的设计方法包括如下步骤：
[0057]
步骤1、建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、若干层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式；
[0058]
步骤2、建立方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化；
[0059]
步骤3、计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
。
[0060]
下面进行详细描述。
[0061]
步骤1中，建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温
度、若干层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
[0062][0063][0064]
上式中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比。z
k
大于等于0小于等于1，优选为大于0小于1。h为应用磁场强度；h的单位为t，h的一般应用范围为0～1.5t。t表示温度，单位为k；t(k)＝273.15 t(℃)，那么，t指的是室温温度。t的具体范围一般可以是0～28℃。s
k
和δs
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；s
c
和δs
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为大于等于1且小于等于n的自然数；n表示锰铁基磁性材料的总层数，n为大于等于3的自然数。
[0065]
磁熵s
k
和等温磁熵变δs
k
分别由公式(5)和公式(6)而得。
[0066][0067]
等温条件下，dt＝0，由公式(5)可以得到公式(6)。
[0068][0069]
其中，s为磁熵，单位为j/(kg
·
k)；t为温度，单位为k；c
h
为磁比热，单位为j/(kg
·
k)；h为应用磁场强度，单位为t；m为磁化强度，单位为a/m；μ0为真空磁导率。
[0070]
根据本发明优选的一个实施方式，n＝3。锰铁基磁复合材料由第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料形成。建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、三层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
[0071][0072][0073]
上式中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；h为应用磁场强度；δh为应用磁场强度变化值；t表示温度，单位为k；s
k
和δs
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；s
c
和δs
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为1、2和3。
[0074]
步骤2中，建立下述方程以将若干层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0075][0076][0077]
上述中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比。z
k
大于等于0小于等于1，优选为大于0小于1。h为应用磁场强度；h的单位为t，h的一般应用范围为0～1.5t。s
k
和δs
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为大于等于1且小于等于n的自然数；n表示锰铁基磁性材料的总层数，n为大于等于3的自然数；t
m
为每层锰铁基磁性材料的居里温度，单位为k；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为大于等于1且小于等于n
‑
1的自然数。
[0078]
根据本发明优选的一个实施方式，n＝3。锰铁基磁复合材料由第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料形成。建立下述方程以将三层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0079][0080][0081]
上式中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；h为应用磁场强度；δh为应用磁场强度变化值；s
k
和δs
k
分别为每层锰铁基磁性材料的磁熵和等温磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；s
c
和δs
c
分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变，单位均为j/(kg
·
k)；k为锰铁基磁性材料的层数变量，其取值为1和2和3；t
m
为每层锰铁基磁性材料的转换温度，单位为k；j表示不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，其取值为1和2。
[0082]
步骤3中，将式(3)和式(4)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
。根据本发明优选的一个实施方式，锰铁基磁复合材料由第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料形成。将(3’)和式(4’)合并为如下矩阵方程进行计算：
[0083][0084]
式中：
[0085][0086][0087][0088][0089][0090][0091]
分别为第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料的转换温度(k)；δh代表磁场变化；δs1、δs2和δs3分别为第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料在不同转换温度下的磁熵变；a
′
、b
′
、c
′
、d
′
、e
′
和f
′
分别代表不同居里温度下的磁熵变。
[0092]
根据本发明优选的一个实施方式，第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料分别为mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
。第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料的摩尔比分别为：z1＝0.22，z2＝0.33，z3＝0.45。即第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料的摩尔比为0.22:0.33:0.45。这样可以使得复合材料在保持大磁热效应的基础上具有较大的工作温度区间。
[0093]
mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
的居里温度分别为274k，278k，288k。本发明设计所得的锰铁基磁复合材料的居里温度为280k。
[0094]
＜锰铁基磁复合材料＞
[0095]
本发明还提供一种锰铁基磁复合材料，可以作为室温磁制冷材料。本发明的锰铁基磁复合材料由摩尔比为0.22:0.33:0.45的mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
三层锰铁基磁性材料构成，mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
作为中间层。
[0096]
该锰铁基磁复合材料可以在保持大磁热效应的基础上具有较大的工作温度区间，即工作温度跨度值较大。
[0097]
＜锰铁基磁复合材料的制造方法＞
[0098]
本发明还提供如上所述的锰铁基复合材料的制造方法。该锰铁基磁复合材料由摩尔比为0.22:0.33:0.45的mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
三层锰铁基磁性材料构成，mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
作为中间层。其制造方法包括如下步骤：将mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
分别形成磁性材料片，由磁性材料片按照顺序叠加而成锰铁基磁复合材料。
[0099]
具体地，制造方法包括以下步骤：
[0100]
a)在惰性气氛下，分别将mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
所需原料进行混合，混合后球磨得到粉末，将粉末压制成片状坯体；
[0101]
b)将片状坯体分别进行烧结和退火处理，得到磁性材料片；
[0102]
c)将磁性材料片按照顺序叠加，粘结，得到锰铁基磁复合材料。
[0103]
步骤a)中，所述“惰性气氛”指的是在惰性气体的保护下进行的。所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气和氙气，优选为氩气。球磨时间为8～15h，优选为9～13h，更优选为9～12h。粉末的平均粒径d50为0.5mm。压制成片装坯体时的压制压力为1mpa，压制时间为5min。各片装坯体的尺寸为10
×
10mm。
[0104]
步骤b)中，烧结和退火处理包括：在真空状态下，将片状坯体在1200～1500k烧结1.5～5h，接着在1000～1350k下第一次退火处理15～28h，然后冷却至293～308k；再在1273～1500k下第二次退火处理15～28h，然后在水中淬火，分别得到三种磁性材料片。
[0105]
在本发明中，真空状态下指的是真空度小于等于1
×
10
‑1pa。烧结温度可以为1200～1500k，优选为1300～1500k，更优选为1300～1450k；烧结时间可以为1.5～5h，优选为2～4.5h，更优选为2～4。第一次退火处理的温度可以为1000～1350k，优选为1100～1300k，更优选为1100～1250k；第一次退火处理的时间可以为15～28h，优选为17～25h，更优选为18～22h。冷却温度可以为280～310k，优选为290～305k。第二次退火处理的温度可以为1200～1500k，优选为1300～1500k，更优选为1300～1450k；第二次退火处理的时间可以为15～28h，优选为17～25h，更优选为18～22h。这样可以得到磁性能更优异的室温磁制冷复合材料。
[0106]
步骤c)中，将三种磁性材料片按照顺序叠加，粘结在一起，得到三层磁性材料层的锰铁基磁复合材料。由磁性材料mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
形成的层为中间层。
[0107]
粘结所用粘结剂为环氧树脂。
[0108]
按照本发明的设计方法所得到的锰铁基磁复合材料可以在保持大磁热效应的基础上具有较大的工作温度区间，即工作温度跨度值较大。
[0109]
<测试方法>
[0110]
磁性能的测定：使用超导量子干涉器件mpms
‑
xl和mpms
‑
5s(squid)磁强计进行磁性测量。
[0111]
实施例1
‑
锰铁基磁复合材料的设计
[0112]
步骤1：第一层锰铁基磁性材料、第二层锰铁基磁性材料和第三层锰铁基磁性材料分别为mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
和mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
，建立锰铁基磁复合材料的磁熵与等温磁熵变分别与应用磁场强度、温度、三层锰铁基磁性材料的摩尔比的关系式：
[0113][0114][0115]
步骤2：建立下述方程以将三层锰铁基磁性材料进行复合优化：
[0116]
[0117][0118]
步骤1和步骤2中，z
k
为每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比；h为应用磁场强度，δh为应用磁场强度变化值，t表示温度，单位为k；k为锰铁基磁复合材料的层数变量，k取值为1、2、3；s
k
和δs
k
分别为mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
的磁熵和等温磁熵变；s
c
和δs
c
的分别为锰铁基磁复合材料的磁熵和磁熵变；s
k
、δs
k
、s
c
和δs
c
的单位均为j/(kg
·
k)；j为不同居里温度不同锰铁基磁性材料的种类，取值为1和2，(即)分别为mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
的居里温度，单位为k。
[0119]
步骤3：将式(3’)和式(4’)合并为矩阵方程以计算出每层锰铁基磁性材料占全部锰铁基磁性材料的摩尔比z
k
。
[0120][0121]
式中：
[0122][0123][0124][0125][0126][0127][0128]
经计算，三层磁性材料层mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
的摩尔比例依次如下：
[0129]
z1＝0.22，z2＝0.33，z3＝0.45。
[0130]
实施例2
‑
锰铁基磁复合材料的制造
[0131]
将摩尔比为0.22:0.33:0.45的磁性材料mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
分别形成磁性材料片，由磁性材料片按照顺序叠加而成锰铁基磁复合材料。具体步骤如下：
[0132]
a)在氩气气氛下，分别将mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
所需原料进行混合，混合后分别进行球磨10h并压制成片状坯体；密封在石英安瓿中，置于氩气气氛中。
[0133]
b)将片状坯体分别在1373k下烧结2h，接着在1123k下退火处理20h，然后在真空烧
结炉中冷却至室温。接着在1373k下第二次退火处理20h，最后在水中淬火，得到mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
磁性材料片。
[0134]
c)将上述磁性材料片按照顺序叠加并粘结，得到锰铁基磁复合材料。其中，mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
磁性材料片形成的磁性材料层为中间层。
[0135]
对比例1～3
[0136]
a)在氩气气氛下，分别将mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
所需原料进行混合，混合后分别进行球磨10h并压制成片状坯体；密封在石英安瓿中，置于氩气气氛中。
[0137]
b)将片状坯体分别在1373k下烧结2h，接着在1123k下退火处理20h，然后在真空烧结炉中冷却至室温。接着在1373k下第二次退火处理20h，最后在水中淬火，分别得到mn
1.32
fe
0.67
p
0.52
si
0.49
、mn
1.37
fe
0.63
p
0.5
si
0.5
、mn
1.35
fe
0.66
p
0.5
si
0.5
磁性材料片。
[0138]
实施例1的模拟结果见图1，图1中，composite指的是实施例1的锰铁基磁复合材料。1和2和3分别指的是对比例1～3的产物，对比例1～3的产物的等温磁熵变随温度变化曲线为实验测出的结果。空心符号表示不带有热滞的磁性材料的等温磁熵变随温度变化曲线。实心符号表示带有热滞的磁性材料的等温磁熵变随温度变化曲线。
[0139]
由图1可知，从制冷性能来说，复合材料的制冷性能优于单一的磁性材料。从工作温度区间来说，复合材料的工作温度区间为272～289k，即工作温度跨度值为17k。对比例1的工作温度区间为270～278k，即工作温度跨度值为8k。对比例2的工作温度区间为273～283，即工作温度跨度值为10k。对比例3的工作温度区间为282～288，即工作温度跨度值为6k。由此可知，本发明设计的锰铁基磁性复合材料的工作温度跨度值明显要比单一的磁性材料的工作温度跨度值大。而本发明制造的锰铁基磁复合材料与本发明设计的锰铁基磁复合材料的性能一致，这说明本发明的设计方法具有较可靠的理论指导意义。
[0140]
综上可知，本发明设计的锰铁基磁复合材料在很宽的工作温度区间内保持大磁热效应。此外，还能使非平衡回热对制冷机循环的影响降到最低，达到进一步提高磁制冷机循环性能的目标。因此，在室温磁制冷机相同应用磁场下，利用本发明的复合材料的综合磁热效应可以实现大工作温度跨度值、大制冷功率的目标。本发明还可以为开发新材料组合利用提供技术层面的导向。
[0141]
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
转载请注明原文地址:https://doc.8miu.com/read-1200257.html
