磁性蓄冷材料

1、Page 1磁性蓄冷材料磁性蓄冷材料Page 2目录目录4 磁性蓄冷材料的定义235磁性蓄冷材料优点磁性蓄冷材料的发展历程磁性蓄冷材料在低温制冷机中应用 磁性蓄冷材料发展展望1Page 31.磁性蓄冷材料的定义上个世纪80 年代以来，人们开始研究在低温下具有磁相变或肖特基反常的稀土合金材料，并将其用作制冷机的蓄冷材料。这种因磁有序变换而产生比热反常的材料可能成为一种很好的低温蓄冷材料，称为磁性蓄冷材料。如： Er3Ni、ErNi 、Er1-xDyxNi2、HoCu2、 GdAlO3等。Page 4早期的G-M制冷机采用铅作为回热填料,在15K以下的低温区域难以得到较高的制冷效率，而磁性蓄冷材料

2、在低温下发生磁相变,在相应温度范围产生异常的比热峰值,很大程度上解决了传统磁性蓄冷材料在低温下比热骤降而限制制冷性能的问题。2.磁性蓄冷材料优点Page 53.磁性蓄冷材料的发展历程1971年,Daniels等人尝试用EuS作为三级斯特林制冷机的第三级蓄冷材料；1975年,Buschow等人进行了稀土类金属间化合物GdxEr1-xRh的磁相变及比热容研究,发现GdxEr1-xRh在15K以下的低温范围具有较大的磁比热容峰值,其大小与加压氦气的比热容相当。在20世纪90年代,各国在利用磁性蓄冷材料以提高低温制冷机性能等方面相继取得突破性进展。Page 62000年,Numazawa等人提出了一种

3、新型的陶瓷磁性材料GdAlO3,并报道了利用其作为蓄冷材料的制冷机性能研究。2003年,Tanaeva等人对几种陶瓷磁结构的稀土氧化物材料进行了1.5-10K温区的磁相变和比热研究,结果表明,虽然从比热容的数据来看,GdAlO3材料仍是4K温度以下制冷机的首选回热填料,但TbFe03等相关材料也值得一试。上世纪90年代以来,国内也积极开展磁性蓄冷材料的探索与研究,北京科技大学与中国科学院物理化学研究所(原低温技术实验中心)制备了多种稀土磁性材料。此外,2007年北京科技大学还对磁性蓄冷材料ErNi、ErNi2和HoCu2的氧化开展了研究,结果表明,在一定条反应件下得到的金属氢化物保持原合金的磁

4、相变结构,可以推测氧化物在磁相变温度附近存在比热容峰值。Page 74.磁性蓄冷材料在低温制冷机中应用4.1 磁性蓄冷材料三种应用方式磁性材料在制冷机中的应用主要通过利用伴随着磁熵变化的吸热或放热来实现, 因此,磁性材料在制冷方面的应用可以分为三种方式：在顺磁状态下对磁性材料施加外磁场，形成制冷循环的磁制冷,称之为主动方式;在磁相变温度Tc附近改变磁性材料的温度,利用磁相变时出现的较大磁热容,称之为被动方式（回热式低温制冷机中采用稀土磁性蓄冷材料作为回热器低温端的填料） 主、被动两种方式的混合使用。Page 84.2 选择合适的磁性蓄冷材料在低温制冷机蓄冷器中,蓄冷材料性能的优劣对蓄冷器的性能

5、有决定性的影响,因而蓄冷材料的选择成为蓄冷器设计的关键之一。必须寻找在低温下具有足够大比热容的蓄冷材料。Page 9图2 几种典型的磁性蓄冷材料比热容曲线Page 10将磁性蓄冷材料应用到低温制冷机上主要应考虑以下几方面因素:(1)在工作温度范围内,材料有足够大的体积比热容;(2)填料的比表面积要尽可能大,以利于换热;(3)填料的热扩散率要大,有合适的热导率;(4)填充率要高,以减少空容积;(5)流动阻力和轴向导热损失要小;(6)加工性能良好,化学性能稳定,有足够的强度,工作过程无粉尘;(7)价格要求合理。Page 114.3 具体应用举例图3 二级蓄冷器结构简图双级-制冷机结构简图如左图所示。在二级蓄冷器中填充磁性蓄冷材料。Page 12图4 含磁性蓄冷材料的制冷机的低温泵Page 13Page 145.磁性蓄冷材料发展展望寻找低温高比热容磁性蓄冷材料也成了当前低温技术研究领域的一个热点，近十几年，研究者尝试寻找其它类型的新型磁性蓄冷材料，陆续发现了稀土吸氢化合物以及其它的一些比热容性能优良，具有广阔应用前景的低温磁性蓄冷材料。随着众多领域对低温环境的要求越来越严苛