JPS6280247A - 磁気冷凍用磁気作業物質 - Google Patents
磁気冷凍用磁気作業物質Info
- Publication number
- JPS6280247A JPS6280247A JP21797085A JP21797085A JPS6280247A JP S6280247 A JPS6280247 A JP S6280247A JP 21797085 A JP21797085 A JP 21797085A JP 21797085 A JP21797085 A JP 21797085A JP S6280247 A JPS6280247 A JP S6280247A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- refrigeration
- working material
- magnetic working
- rare earth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y02B30/66—
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- Powder Metallurgy (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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
トロニクスは情報産業、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気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磁気熱量効果を用いた
磁気冷凍方式の研究が盛んに行なわれている（ ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＣＥＣ９（１９８２、
ＭａＹ ） ：２６−２９ 、 Ａｄｖａｎｃｅｓ
ｉｎＣｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
＊ １９８４ ｅ Ｖｏ７ ＋２９．５８１−５８７）
ｏ 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
を重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作用される。すなわち、
エントロぎ−の大きいこと、熱伝導率の良いことが要求
される。
トロニクスは情報産業、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気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磁気熱量効果を用いた
磁気冷凍方式の研究が盛んに行なわれている（ ｐｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＣＥＣ９（１９８２、
ＭａＹ ） ：２６−２９ 、 Ａｄｖａｎｃｅｓ
ｉｎＣｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
＊ １９８４ ｅ Ｖｏ７ ＋２９．５８１−５８７）
ｏ 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
を重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作用される。すなわち、
エントロぎ−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２０に以下の温度領域を
冷凍対象とするものとして、Ｇｄ ｓ Ｇａ５０ｕ （
Ｇ Ｇ Ｇ ） 、 Ｄｙ ３Ａ−４１０１２（Ｄ Ａ
Ｃ） 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、７７〜１５Ｉ（程度の温度領域を対象と
するものとしてＲＡ ｔ、ラーベス型金属間化合物（Ｒ
は希土類元素）吟が研究されている（ Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ ｏｆ ＩＣＥＣ（１９８２，Ｍａｙ）
；３０−３３等）。
冷凍対象とするものとして、Ｇｄ ｓ Ｇａ５０ｕ （
Ｇ Ｇ Ｇ ） 、 Ｄｙ ３Ａ−４１０１２（Ｄ Ａ
Ｃ） 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、７７〜１５Ｉ（程度の温度領域を対象と
するものとしてＲＡ ｔ、ラーベス型金属間化合物（Ｒ
は希土類元素）吟が研究されている（ Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ ｏｆ ＩＣＥＣ（１９８２，Ｍａｙ）
；３０−３３等）。
この磁気作業物質には、冷凍温度領域でエンドロー−変
化（ΔＳ）がＷことが要求される。例えば７７に〜１５
に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
ロノー変化と、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ＲＡｔ、ラーベス型金属間化合物が挙げら
れる。
化（ΔＳ）がＷことが要求される。例えば７７に〜１５
に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
ロノー変化と、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ＲＡｔ、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
効と々る。
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
効と々る。
上記ＲＡＧ、ラーベス型金属型金合間化合物についての
報告はないものの、ＲＡｔ、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。
報告はないものの、ＲＡｔ、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、７７に〜１５に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♂−の寄与冷凍機においては、
磁気作業物質と蓄冷材との熱伝達が不可欠である。ここ
で、７７に以下の極低但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
させるが、Ｈｅ ガス膜尋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。
冷凍では、格子エントロ♂−の寄与冷凍機においては、
磁気作業物質と蓄冷材との熱伝達が不可欠である。ここ
で、７７に以下の極低但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
させるが、Ｈｅ ガス膜尋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
ントロノー変化を有し、熱伝導率が高く、かつ加工性に
優れた磁気作業物質を提供することを目的とする。
ントロノー変化を有し、熱伝導率が高く、かつ加工性に
優れた磁気作業物質を提供することを目的とする。
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）のう気作業物質であ
る。このような焼結体は充填率８０％を超える高密度の
ものであり、７７〜１５にの範囲の磁気転移点（キーリ
一温度）近傍で大きな磁気エントロノー変化を得る。
希土類元素及びＹ（以下Ｒと呼ぶ）のう気作業物質であ
る。このような焼結体は充填率８０％を超える高密度の
ものであり、７７〜１５にの範囲の磁気転移点（キーリ
一温度）近傍で大きな磁気エントロノー変化を得る。
Ｌａ からＹｂ までの希土類元素及びＹの量である
が、多いと熱磁気量効果すなわち、磁気二ントロ♂−変
化が小さく、また少くなると焼結より磁気冷凍効率が低
下するため５５重量％以上、６５重ｆｆｔｔｓ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、３５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７ ｆ／ｃｄ以上であることが望しい。あ
まり小さいと熱伝達特性が著しく低下してしまう。
が、多いと熱磁気量効果すなわち、磁気二ントロ♂−変
化が小さく、また少くなると焼結より磁気冷凍効率が低
下するため５５重量％以上、６５重ｆｆｔｔｓ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、３５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７ ｆ／ｃｄ以上であることが望しい。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。
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。
Ｏ
このｎ−”ｃＪ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、５００〜１１００℃が好ましい
。あまり低いと高い焼結ｖ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。
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、５００〜１１００℃が好ましい
。あまり低いと高い焼結ｖ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。
６００〜１０００℃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、密度が一ベス型金属間
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。
とにより、充填率８０％を超え、密度が一ベス型金属間
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。
量のＮｌ 、 Ｆｅ 、 Ｍｎ 、 Ｓｔ 、 Ｍｇ
、 Ｃａ 、Ｃｕ 、Ｚｎ 。
、 Ｃａ 、Ｃｕ 、Ｚｎ 。
Ｔｉ、Ｃ，Ｎ、Ｏ等の不純物、または本発明の効果を屓
なわない程度の不純物等の含有はかまわない。
なわない程度の不純物等の含有はかまわない。
また、焼結後、熱処理を施すことにより、より熱伝導率
を向上させることもできる。これは５００〜８００℃
程度が好ましく、粒成長等が原因と考、光られる。
を向上させることもできる。これは５００〜８００℃
程度が好ましく、粒成長等が原因と考、光られる。
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
質を得ることができる。
また、本発明磁気作業物質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、格子エントロぼ−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。
雑高精度の加工が可能となるため、格子エントロぼ−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。
υ下に本発明の詳細な説明する。
所定の組成を有する希土類・コバルト合金をアーク溶解
炉にて作製し、ボールミル法で粒径３μＦ？ｉ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。
炉にて作製し、ボールミル法で粒径３μＦ？ｉ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）、帯磁率の測定より求めた
有効ボア磁子数（μｅＨ） 、キーリ一点（Ｔｅ）、熱
伝導率（Ｔｅ 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。（ｉＩ
／、丁午白） 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３５ｗｔ％ 以上含
有するものであるが、実施例７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。
有効ボア磁子数（μｅＨ） 、キーリ一点（Ｔｅ）、熱
伝導率（Ｔｅ 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。（ｉＩ
／、丁午白） 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３５ｗｔ％ 以上含
有するものであるが、実施例７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はともに希土類元素が少ない例である
が、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おり、磁気作業物質としての利用
は困難である。
が、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おり、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７００℃Ｘ １５０Ｉ（の熱処
理を施した。すると熱伝導率は ６５０ｍＷ／ｃ１ｎ−にと向上することが確認された。
理を施した。すると熱伝導率は ６５０ｍＷ／ｃ１ｎ−に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磁性焼結体
を用いることを可能にしたものであり、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メ
リットは犬なるものである。
を用いることを可能にしたものであり、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メ
リットは犬なるものである。
Claims (3)
- （１）元素周期律表でＬａからＹｂまでの希土類元素及
びＹのうちの少なくとも一種を５５〜６５重量％含み、
残部実質的にＣｏから成る焼結体を用いたことを特徴と
する磁気冷凍用磁気作業物質。 - （２）元素周期律表でＧｄからＹｂまでの重希土類元素
のうち少なくとも一種を３５〜６５重量％含有すること
を特徴とした特許請求の範囲第１項記載の磁気冷凍用磁
気作業物質。 - （３）前記焼結体の焼結密度が７ｇ／ｃｍ＾３以上であ
ることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の磁気冷
凍用磁気作業物質。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21797085A JPS6280247A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 磁気冷凍用磁気作業物質 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP21797085A JPS6280247A (ja) | 1985-10-02 | 1985-10-02 | 磁気冷凍用磁気作業物質 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6280247A true JPS6280247A (ja) | 1987-04-13 |
Family
ID=16712586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21797085A Pending JPS6280247A (ja) | 1985-02-06 | 1985-10-02 | 磁気冷凍用磁気作業物質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6280247A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101906563A (zh) * | 2010-08-31 | 2010-12-08 | 沈阳理工大学 | 一种具有高效室温磁制冷性能的MnAsP化合物的制备方法 |
| GB2461400B (en) * | 2008-05-16 | 2012-11-21 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | Article for magnetic heat exchange |
-
1985
- 1985-10-02 JP JP21797085A patent/JPS6280247A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2461400B (en) * | 2008-05-16 | 2012-11-21 | Vacuumschmelze Gmbh & Co Kg | Article for magnetic heat exchange |
| CN101906563A (zh) * | 2010-08-31 | 2010-12-08 | 沈阳理工大学 | 一种具有高效室温磁制冷性能的MnAsP化合物的制备方法 |
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