磁性蓄冷材料

1、Page 1磁性蓄冷材料磁性蓄冷材料Page 2目錄目錄4 磁性蓄冷材料的定義235磁性蓄冷材料優(yōu)點磁性蓄冷材料的發(fā)展歷程磁性蓄冷材料在低溫制冷機中應用 磁性蓄冷材料發(fā)展展望1Page 31.磁性蓄冷材料的定義上個世紀80 年代以來，人們開始研究在低溫下具有磁相變或肖特基反常的稀土合金材料，并將其用作制冷機的蓄冷材料。這種因磁有序變換而產生比熱反常的材料可能成為一種很好的低溫蓄冷材料，稱為磁性蓄冷材料。如： Er3Ni、ErNi 、Er1-xDyxNi2、HoCu2、 GdAlO3等。Page 4早期的G-M制冷機采用鉛作為回熱填料,在15K以下的低溫區(qū)域難以得到較高的制冷效率，而磁性蓄冷材料

2、在低溫下發(fā)生磁相變,在相應溫度范圍產生異常的比熱峰值,很大程度上解決了傳統(tǒng)磁性蓄冷材料在低溫下比熱驟降而限制制冷性能的問題。2.磁性蓄冷材料優(yōu)點Page 53.磁性蓄冷材料的發(fā)展歷程1971年,Daniels等人嘗試用EuS作為三級斯特林制冷機的第三級蓄冷材料；1975年,Buschow等人進行了稀土類金屬間化合物GdxEr1-xRh的磁相變及比熱容研究,發(fā)現(xiàn)GdxEr1-xRh在15K以下的低溫范圍具有較大的磁比熱容峰值,其大小與加壓氦氣的比熱容相當。在20世紀90年代,各國在利用磁性蓄冷材料以提高低溫制冷機性能等方面相繼取得突破性進展。Page 62000年,Numazawa等人提出了一種

3、新型的陶瓷磁性材料GdAlO3,并報道了利用其作為蓄冷材料的制冷機性能研究。2003年,Tanaeva等人對幾種陶瓷磁結構的稀土氧化物材料進行了1.5-10K溫區(qū)的磁相變和比熱研究,結果表明,雖然從比熱容的數(shù)據來看,GdAlO3材料仍是4K溫度以下制冷機的首選回熱填料,但TbFe03等相關材料也值得一試。上世紀90年代以來,國內也積極開展磁性蓄冷材料的探索與研究,北京科技大學與中國科學院物理化學研究所(原低溫技術實驗中心)制備了多種稀土磁性材料。此外,2007年北京科技大學還對磁性蓄冷材料ErNi、ErNi2和HoCu2的氧化開展了研究,結果表明,在一定條反應件下得到的金屬氫化物保持原合金的磁

4、相變結構,可以推測氧化物在磁相變溫度附近存在比熱容峰值。Page 74.磁性蓄冷材料在低溫制冷機中應用4.1 磁性蓄冷材料三種應用方式磁性材料在制冷機中的應用主要通過利用伴隨著磁熵變化的吸熱或放熱來實現(xiàn), 因此,磁性材料在制冷方面的應用可以分為三種方式：在順磁狀態(tài)下對磁性材料施加外磁場，形成制冷循環(huán)的磁制冷,稱之為主動方式;在磁相變溫度Tc附近改變磁性材料的溫度,利用磁相變時出現(xiàn)的較大磁熱容,稱之為被動方式（回熱式低溫制冷機中采用稀土磁性蓄冷材料作為回熱器低溫端的填料） 主、被動兩種方式的混合使用。Page 84.2 選擇合適的磁性蓄冷材料在低溫制冷機蓄冷器中,蓄冷材料性能的優(yōu)劣對蓄冷器的性能

5、有決定性的影響,因而蓄冷材料的選擇成為蓄冷器設計的關鍵之一。必須尋找在低溫下具有足夠大比熱容的蓄冷材料。Page 9圖2 幾種典型的磁性蓄冷材料比熱容曲線Page 10將磁性蓄冷材料應用到低溫制冷機上主要應考慮以下幾方面因素:(1)在工作溫度范圍內,材料有足夠大的體積比熱容;(2)填料的比表面積要盡可能大,以利于換熱;(3)填料的熱擴散率要大,有合適的熱導率;(4)填充率要高,以減少空容積;(5)流動阻力和軸向導熱損失要小;(6)加工性能良好,化學性能穩(wěn)定,有足夠的強度,工作過程無粉塵;(7)價格要求合理。Page 114.3 具體應用舉例圖3 二級蓄冷器結構簡圖雙級-制冷機結構簡圖如左圖所示。在二級蓄冷器中填充磁性蓄冷材料。Page 12圖4 含磁性蓄冷材料的制冷機的低溫泵Page 13Page 145.磁性蓄冷材料發(fā)展展望尋找低溫高比熱容磁性蓄冷材料也成了當前低溫技術研究領域的一個熱點，近十幾年，研究者嘗試尋找其它類型的新型磁性蓄冷材料，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了稀土吸氫化合物以及其它的一些比熱容性能優(yōu)良，具有廣闊應用前景的低溫磁性蓄冷材料。隨著眾多領域對低溫環(huán)境的要求越來越嚴苛