JPH0765137B2 - 磁性焼結体 - Google Patents
磁性焼結体Info
- Publication number
- JPH0765137B2 JPH0765137B2 JP60020030A JP2003085A JPH0765137B2 JP H0765137 B2 JPH0765137 B2 JP H0765137B2 JP 60020030 A JP60020030 A JP 60020030A JP 2003085 A JP2003085 A JP 2003085A JP H0765137 B2 JPH0765137 B2 JP H0765137B2
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- JP
- Japan
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- magnetic
- sintered body
- ral
- rare earth
- magnetic working
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
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- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は磁気熱量効果を用いて冷却を行なう磁気冷凍用
磁気作業物質に関する。
磁気作業物質に関する。
近年の超電導技術の著しい発展に伴ない、産業用エレク
トロニクス、情報産業、医療機器等の広範な分野でその
応用が考えられている。超電導技術を用いるためには極
低温環境を作り出す冷凍機の開発が不可欠である。良く
知られた冷凍方式に基体冷凍方式があるが効率が極めて
低く、また装置も大型となってしまうため、これに代わ
る新たな冷凍方式として磁性体の熱磁気量効果を用いた
磁気冷凍方式の研究が盛んに行なわれている（Proceedi
ngs of ICEC 9（1982,May）;26−29,Advances in Cryog
enic Engineering,1984,Vol,29,581−587）。これは簡
単にいえば、磁性体に磁場を加えたときのスピン配列状
態と、磁場を解き放ったときのスピンの乱雑な状態との
エントロピーの変化による吸熱、放熱反応を利用するも
のである。この磁性体を磁気作業物質という。磁気冷凍
方式は装置の小型に、高効率化のメリットは大きく有望
な方式である。磁気冷凍の効率は磁気作業物質に大きく
左右される。すなわちエントロピーの大きいこと、熱伝
導率の良いことが要求される。
トロニクス、情報産業、医療機器等の広範な分野でその
応用が考えられている。超電導技術を用いるためには極
低温環境を作り出す冷凍機の開発が不可欠である。良く
知られた冷凍方式に基体冷凍方式があるが効率が極めて
低く、また装置も大型となってしまうため、これに代わ
る新たな冷凍方式として磁性体の熱磁気量効果を用いた
磁気冷凍方式の研究が盛んに行なわれている（Proceedi
ngs of ICEC 9（1982,May）;26−29,Advances in Cryog
enic Engineering,1984,Vol,29,581−587）。これは簡
単にいえば、磁性体に磁場を加えたときのスピン配列状
態と、磁場を解き放ったときのスピンの乱雑な状態との
エントロピーの変化による吸熱、放熱反応を利用するも
のである。この磁性体を磁気作業物質という。磁気冷凍
方式は装置の小型に、高効率化のメリットは大きく有望
な方式である。磁気冷凍の効率は磁気作業物質に大きく
左右される。すなわちエントロピーの大きいこと、熱伝
導率の良いことが要求される。
この磁気作業物質として例えば20K以下の温度領域を冷
凍対象とするものとして、Gd3Ga5O12（GGG）,Dy3Al5O12
（DAG）に代表される希土類元素を含むガーネット系酸
化物単結晶、77〜15K程度の温度領域を対象とするもの
としてRAl2ラーベス型金属間化合物（Ｒは希土類元素）
等が研究されている（Proceedings of ICEC（1982,Ma
y）;30−33等）。
凍対象とするものとして、Gd3Ga5O12（GGG）,Dy3Al5O12
（DAG）に代表される希土類元素を含むガーネット系酸
化物単結晶、77〜15K程度の温度領域を対象とするもの
としてRAl2ラーベス型金属間化合物（Ｒは希土類元素）
等が研究されている（Proceedings of ICEC（1982,Ma
y）;30−33等）。
この磁気作業物質には、冷凍温度領域でエントロピー変
化（△Ｓ）が一定であることが要求される。例えば77K
〜15Kと広範囲の温度領域を対象とする液体窒素温度か
らの磁気冷凍用磁気作業物質を考えた場合、同一の結晶
構造を有する物質系において広い温度範囲で大きなエン
トロピー変化と、この温度範囲内での連続的に異なる磁
気転移温度を有することが必要となる。このような磁性
体として前述のRAl2ラーベス型金属間化合物が挙げられ
る。
化（△Ｓ）が一定であることが要求される。例えば77K
〜15Kと広範囲の温度領域を対象とする液体窒素温度か
らの磁気冷凍用磁気作業物質を考えた場合、同一の結晶
構造を有する物質系において広い温度範囲で大きなエン
トロピー変化と、この温度範囲内での連続的に異なる磁
気転移温度を有することが必要となる。このような磁性
体として前述のRAl2ラーベス型金属間化合物が挙げられ
る。
ここで磁気作業物質の実用性を考慮した場合、上記の特
性に加え、加工性の自由度、高精度が要求される。従っ
て、上記の特性を満足する焼結体が得られれば非常に有
効となる。
性に加え、加工性の自由度、高精度が要求される。従っ
て、上記の特性を満足する焼結体が得られれば非常に有
効となる。
上記RAl2ラーベス型金属間化合物の焼結についての報告
はないものの、RAl2の融点がいずれも1500℃以上と高い
ため焼結性が悪いことが予想される。また1500℃以上と
高温での焼結を考えるとコスト的問題、さらにはＲ成分
を多量に含有するためのコスト上の問題、熱伝導性の低
さ等が問題となる。従って、磁気冷凍用の磁気作業物質
として有効な磁性焼結体は得られていないのが現状であ
る。
はないものの、RAl2の融点がいずれも1500℃以上と高い
ため焼結性が悪いことが予想される。また1500℃以上と
高温での焼結を考えるとコスト的問題、さらにはＲ成分
を多量に含有するためのコスト上の問題、熱伝導性の低
さ等が問題となる。従って、磁気冷凍用の磁気作業物質
として有効な磁性焼結体は得られていないのが現状であ
る。
また77K〜15K程度の温度領域を対象とした磁気冷凍で
は、格子エントロピーの寄与が大きいため、エリクソン
・サイクルのような蓄冷型サイクルが望ましい。このよ
うな蓄熱型冷凍機においては、磁気作業物質と蓄冷材と
の熱伝達が不可欠であり、これが冷却効率に大きく影響
する。ここで77K以下の極低温においては例えば鉛等の
固体状の蓄冷材しかなく、磁気作業物質と蓄冷材とは固
体接触させるか、Heガス膜等の狭ギャップを形成し熱交
換を行なう必要がある。従って磁気作業物質、蓄冷材と
もに鏡面仕上げ、複雑形状の加工等の高精度の加工が要
求される（低温工学会1984年11月）。このように蓄冷型
冷凍機にとっては特に加工性の良好な磁気作業物質の出
現が望まれていた。
は、格子エントロピーの寄与が大きいため、エリクソン
・サイクルのような蓄冷型サイクルが望ましい。このよ
うな蓄熱型冷凍機においては、磁気作業物質と蓄冷材と
の熱伝達が不可欠であり、これが冷却効率に大きく影響
する。ここで77K以下の極低温においては例えば鉛等の
固体状の蓄冷材しかなく、磁気作業物質と蓄冷材とは固
体接触させるか、Heガス膜等の狭ギャップを形成し熱交
換を行なう必要がある。従って磁気作業物質、蓄冷材と
もに鏡面仕上げ、複雑形状の加工等の高精度の加工が要
求される（低温工学会1984年11月）。このように蓄冷型
冷凍機にとっては特に加工性の良好な磁気作業物質の出
現が望まれていた。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、大きなエ
ントロピー変化を有し、熱伝導率が高く、かつ加工性に
優れた磁性焼結体，特に磁気作業物質として有用な磁性
焼結体を提供することを目的とする。
ントロピー変化を有し、熱伝導率が高く、かつ加工性に
優れた磁性焼結体，特に磁気作業物質として有用な磁性
焼結体を提供することを目的とする。
本発明者等は磁気作業物質として加工性の良い磁性焼結
体を用いることに着目し、RAl2の焼結性について研究を
進めたところ、R:Al＝1:2（モル比）の化合物では良好
な焼結体が得られず、化学量論比よりもAl過剰、すなわ
ちRAl2+x（ｘ＞０）において良好な焼結体が得られるこ
とを見出した。また得られた焼結体は、熱磁気特性、熱
伝導性も良好であることを見出し、本発明を創出するに
至った。
体を用いることに着目し、RAl2の焼結性について研究を
進めたところ、R:Al＝1:2（モル比）の化合物では良好
な焼結体が得られず、化学量論比よりもAl過剰、すなわ
ちRAl2+x（ｘ＞０）において良好な焼結体が得られるこ
とを見出した。また得られた焼結体は、熱磁気特性、熱
伝導性も良好であることを見出し、本発明を創出するに
至った。
すなわち本発明は周期律表でLaからYbまでの希土類元素
及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のうち少なくとも一種を70〜75
重量％含有し、残部が実質的にAlからなるRAl2−RAl3間
の組成の磁性焼結体であり、磁気作業物質として有効な
ものである。
及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のうち少なくとも一種を70〜75
重量％含有し、残部が実質的にAlからなるRAl2−RAl3間
の組成の磁性焼結体であり、磁気作業物質として有効な
ものである。
LaからYbまでの希土類元素及びＹの量であるが、少ない
と熱磁気量効果すなわち磁気エントロピー変化が小さ
く、熱磁気特性が低下する。またこれらの量が多すぎて
も少なすぎても焼結性が著しく低下し、熱伝達特性が低
下してしまうため、70重量％以上、75重量％以下とし
た。また希土類元素の中でもGd〜Ybの重希土類元素は希
土類元素イオン当りの磁気モーメントが大きいため、熱
磁気量効果を向上させ、磁気冷凍効率の向上に有効な元
素で、50重量％以上の含有が好ましい。なお焼結体の密
度は焼結条件等で変化し、熱伝達特性に大きな影響をも
つが、磁気冷凍用磁気作業物質として考えた場合、密度
5g/cm3以上であることが望ましい。あまり小さいと熱伝
達特性が著しく低下してしまう。
と熱磁気量効果すなわち磁気エントロピー変化が小さ
く、熱磁気特性が低下する。またこれらの量が多すぎて
も少なすぎても焼結性が著しく低下し、熱伝達特性が低
下してしまうため、70重量％以上、75重量％以下とし
た。また希土類元素の中でもGd〜Ybの重希土類元素は希
土類元素イオン当りの磁気モーメントが大きいため、熱
磁気量効果を向上させ、磁気冷凍効率の向上に有効な元
素で、50重量％以上の含有が好ましい。なお焼結体の密
度は焼結条件等で変化し、熱伝達特性に大きな影響をも
つが、磁気冷凍用磁気作業物質として考えた場合、密度
5g/cm3以上であることが望ましい。あまり小さいと熱伝
達特性が著しく低下してしまう。
このような磁気作業物質は以下のごとくにして製造され
る。
る。
まず所望の組成比を有するＲ−Al合金をアーク溶解炉等
で製造する。次いでこの合金を粉砕し、Ｒ−Al合金の微
粒子を得る。この微粒子の粒径は焼結密度に影響し、１
〜10μｍの範囲であることが好ましい。あまり大きいと
焼結密度が低下し、また小さいと酸化しやすく熱磁気量
効果が低下してしまい、また焼結密度も低下してしま
う。
で製造する。次いでこの合金を粉砕し、Ｒ−Al合金の微
粒子を得る。この微粒子の粒径は焼結密度に影響し、１
〜10μｍの範囲であることが好ましい。あまり大きいと
焼結密度が低下し、また小さいと酸化しやすく熱磁気量
効果が低下してしまい、また焼結密度も低下してしま
う。
このＲ−Al合金微粒子を所望の形にプレス成形し焼結す
る。焼結はArガス等の不活性ガス中等の非酸化性雰囲気
中で行なう。焼結密度を左右する主要因子として焼結温
度があるが、900〜1200℃が好ましい。あまり低いと高
い焼結密度が得られず、高温になると酸化、蒸発等によ
り良好な焼結体を得ることが困難となる。本発明者等
は、状態図上でRAl2−RAl3間に存在する1000℃近傍の固
−液相反応線を利用することにより、充填率80％を超
え、密度が5g/cm3以上、最高充填率98％を越える緻密な
焼結体が得られ、この焼結体は反強磁性体であるRAl3の
影響を受けることなく良好な熱磁気特性及び熱伝導性を
示し、溶解材であるRAl2ラーベス型金属間化合物と同程
度の特性を得ることができることを見出したのである。
る。焼結はArガス等の不活性ガス中等の非酸化性雰囲気
中で行なう。焼結密度を左右する主要因子として焼結温
度があるが、900〜1200℃が好ましい。あまり低いと高
い焼結密度が得られず、高温になると酸化、蒸発等によ
り良好な焼結体を得ることが困難となる。本発明者等
は、状態図上でRAl2−RAl3間に存在する1000℃近傍の固
−液相反応線を利用することにより、充填率80％を超
え、密度が5g/cm3以上、最高充填率98％を越える緻密な
焼結体が得られ、この焼結体は反強磁性体であるRAl3の
影響を受けることなく良好な熱磁気特性及び熱伝導性を
示し、溶解材であるRAl2ラーベス型金属間化合物と同程
度の特性を得ることができることを見出したのである。
なお本発明においては通常用いられる工業用Al原料を用
いるが、通常含まれるような微量のCa,Cu,Si,Fe,Mn,Mg,
Zn,Ti,C,N,O等の不純物、または本発明の効果を損なわ
ない程度の不純物等の含有はかまわない。
いるが、通常含まれるような微量のCa,Cu,Si,Fe,Mn,Mg,
Zn,Ti,C,N,O等の不純物、または本発明の効果を損なわ
ない程度の不純物等の含有はかまわない。
また熱伝導特性の改善のため、焼結温度以下の温度にて
熱処理し、組織の調質を行なうことも可能である。
熱処理し、組織の調質を行なうことも可能である。
以上説明したように本発明によれば、熱磁気特性及び熱
伝導性に優れ、かつ加工性に富む磁気冷凍用磁気作業物
質に有効な磁性焼結体を得ることができる。
伝導性に優れ、かつ加工性に富む磁気冷凍用磁気作業物
質に有効な磁性焼結体を得ることができる。
また本発明磁性焼結体は加工の自由度が大きく、複雑高
精度の加工が可能となるため、格子エントロピーの寄与
が大きく、蓄冷方式を用いる必要のある例えばエリクソ
ンサイクルのような液体窒素温度からの磁気冷凍用の磁
気作業物質として用いると良好な熱伝達を得ることがで
きるため、特に有効である。
精度の加工が可能となるため、格子エントロピーの寄与
が大きく、蓄冷方式を用いる必要のある例えばエリクソ
ンサイクルのような液体窒素温度からの磁気冷凍用の磁
気作業物質として用いると良好な熱伝達を得ることがで
きるため、特に有効である。
以下に本発明の実施例を説明する。
所定の組成を有する希土類・アルミニウム合金をアーク
溶解炉にて作製し、ボールミル法で粒径３μｍ程度の微
粉末に粉砕した後、プレス成形し、圧粉体を得た。この
圧粉体をArガス雰囲気中で焼結した。
溶解炉にて作製し、ボールミル法で粒径３μｍ程度の微
粉末に粉砕した後、プレス成形し、圧粉体を得た。この
圧粉体をArガス雰囲気中で焼結した。
得られた焼結体の密度（ρ）、常磁率の測定より求めた
有効ボア磁子数（μeff）、キュリー点（Tc）、熱伝導
率（Tcにおける値）を測定した。この測定値を合金組成
及び焼結条件と併せて第１表に示す。
有効ボア磁子数（μeff）、キュリー点（Tc）、熱伝導
率（Tcにおける値）を測定した。この測定値を合金組成
及び焼結条件と併せて第１表に示す。
実施例１〜８は本発明に係るものであるが、いずれも有
効ボア磁子数、熱伝導率ともに優れていることがわか
る。実施例１〜６は重希土類元素を50wt％以上含有する
ものであるが、実施例7,8との比較から明らかなように
有効ボア磁子数が大きく、熱磁気効果に優れていること
がわかる。
効ボア磁子数、熱伝導率ともに優れていることがわか
る。実施例１〜６は重希土類元素を50wt％以上含有する
ものであるが、実施例7,8との比較から明らかなように
有効ボア磁子数が大きく、熱磁気効果に優れていること
がわかる。
また比較例1,2,4はともにRAl2なる組成で希土類元素が
多い例であり、比較例3,5はRAl3なる組成で希土類元素
が少ない例であるが、いずれも密度が小さく、焼結性に
劣ることがわかる。従って熱伝導性に非常に劣ってい
る。これは熱伝達が有効に行なわれないことを意味し、
磁気作業物質としての利用は困難である。
多い例であり、比較例3,5はRAl3なる組成で希土類元素
が少ない例であるが、いずれも密度が小さく、焼結性に
劣ることがわかる。従って熱伝導性に非常に劣ってい
る。これは熱伝達が有効に行なわれないことを意味し、
磁気作業物質としての利用は困難である。
また実施例１について900℃×140Hの熱処理を施した。
すると熱伝導率は300mw/cm・Ｋと向上することが確認さ
れた。他のものについても同様であった 以上のごとく本発明は磁気作業物質として用いることの
できる磁性焼結体を得ることができるものであり、磁気
冷凍機の性能向上、また蓄冷タイプの磁気冷凍機の実用
化に対する寄与は大なるものである。
すると熱伝導率は300mw/cm・Ｋと向上することが確認さ
れた。他のものについても同様であった 以上のごとく本発明は磁気作業物質として用いることの
できる磁性焼結体を得ることができるものであり、磁気
冷凍機の性能向上、また蓄冷タイプの磁気冷凍機の実用
化に対する寄与は大なるものである。
Claims (3)
- 【請求項１】元素周期律表でLaからYbまでの希土類元素
及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のうちの少なくとも一種を70〜
75重量％含み、残部実質的にAlからなるRAl2−RAl3間の
組成の焼結体を用いたことを特徴とする磁性焼結体。 - 【請求項２】前記焼結体の焼結密度が5g/cm3以上である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁性焼結
体。 - 【請求項３】前記焼結体は磁気冷凍作業物質用であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
の磁性焼結体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60020030A JPH0765137B2 (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 磁性焼結体 |
| US06/824,219 US4849017A (en) | 1985-02-06 | 1986-01-30 | Magnetic refrigerant for magnetic refrigeration |
| DE8686101446T DE3671479D1 (de) | 1985-02-06 | 1986-02-04 | Magnetische werkstoffe fuer magnetische kuehlung. |
| EP86101446A EP0193743B1 (en) | 1985-02-06 | 1986-02-04 | Magnetic refrigerant for magnetic refrigeration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60020030A JPH0765137B2 (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 磁性焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61183436A JPS61183436A (ja) | 1986-08-16 |
| JPH0765137B2 true JPH0765137B2 (ja) | 1995-07-12 |
Family
ID=12015671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60020030A Expired - Fee Related JPH0765137B2 (ja) | 1985-02-06 | 1985-02-06 | 磁性焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765137B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2585240B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1997-02-26 | 株式会社東芝 | 蓄冷材料の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5485106A (en) * | 1977-12-20 | 1979-07-06 | Seiko Epson Corp | Magnet made from inter-rare-earth-metallic compound |
| US4408463A (en) * | 1982-01-20 | 1983-10-11 | Barclay John A | Wheel-type magnetic refrigerator |
-
1985
- 1985-02-06 JP JP60020030A patent/JPH0765137B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61183436A (ja) | 1986-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |