專利名稱：具有磁熱主動材料的復(fù)合物品及其制造方法
具有磁熱主動材料的復(fù)合物品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有磁熱主動材料的復(fù)合物品及制造具有磁熱主動 材料的復(fù)合物品的方法。
背景技術(shù)：
磁熱(magnetocaloric)效應(yīng)是描述磁誘導(dǎo)熵變(magnetically induced entropy change)對于熱能的釋出或吸收的絕熱轉(zhuǎn)換(adiabatic conversion)。因
此，通過將一磁熱材料應(yīng)用于一磁場時，可以誘導(dǎo)熵變來造成熱能的釋出或 吸收。可控制此效應(yīng)，以提供冷凍及/或加熱。
近年來，像La(Fe廠aSia),3、 Gd5(Si， Ge)4、 Mn(As， Sb)及MnFe(P, As)的材料已經(jīng)發(fā)展到居里溫度(Curie Temperature, T?？梢赃_到或 接近室溫。所述居里溫度是指所述材料在磁性熱交換系統(tǒng)中的工作 溫度。所以，上述材料適合用于如建構(gòu)氣候控制、家用及工業(yè)用冰 箱及冷凍室與自動氣候控制等應(yīng)用。
磁性熱交換技術(shù)具有的優(yōu)點為磁性熱交換器在理論上是較氣體壓縮/膨 脹循環(huán)系統(tǒng)更具能量效率的。再者，因未使用如氯氟碳化合物(CFC)等消耗 臭氧化學(xué)物質(zhì)，故磁性熱交換器是對環(huán)境無害的。
因此，磁性熱交換器系統(tǒng)是發(fā)展用以實際實現(xiàn)新研發(fā)磁熱材料所提供的 優(yōu)點。磁性熱交換器，例如美國專利第6,672,772號所揭示者，其典型包含 一泵式再循環(huán)系統(tǒng)、 一熱交換介質(zhì)(如液態(tài)冷卻劑)、 一腔室，裝滿具磁熱效 應(yīng)的磁性冷凍劑工作材料的顆粒，以及一裝置，用以對所述腔室施加一磁場。
再者，上述系統(tǒng)的發(fā)展已導(dǎo)向?qū)Υ艧岵牧系慕M成物的最佳化，因而增加
8熵變及增加發(fā)生熵變的溫度范圍。因此僅需使用更小的施加磁場，即可達到 足夠的冷卻，以及可在一較大的溫度范圍內(nèi)達到一穩(wěn)定的冷凍循環(huán)。
由于較小的磁場可利用一永久磁鐵而非一電磁鐵或甚至一超導(dǎo)磁鐵來產(chǎn) 生，因此上述措施目的即在于簡化熱交換系統(tǒng)的設(shè)計。
上述磁性冷凍劑工作材料亦可設(shè)置成復(fù)合物的形式。例如，美國專利第
6,826，915號揭示一再生床，包含一磁性冷凍材料，磁性冷凍材料具有一黏結(jié) 劑，而黏結(jié)劑包含高延展性的金屬或合金以及砷化鎳(MAs)型磁熱材料。 然而，仍需進一步改良，以使磁性熱交換技術(shù)能有更廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種具有磁熱主動材料的復(fù)合物品，其可以可 靠的及較具成本效益的加以制造。
本發(fā)明的另一目的在于提供方法，其可以用來制造所述復(fù)合物品。
上述目的可通過獨立權(quán)利要求的主要標(biāo)的來解決。其他有利的改良則為 從屬權(quán)利要求的主要標(biāo)的。
本發(fā)明提供一種復(fù)合物品，包含 一磁熱主動材料的數(shù)個內(nèi)含物，其嵌 埋于一磁熱被動材料的一基質(zhì)內(nèi)。所述內(nèi)含物及所述基質(zhì)具有一壓實粉體的 一微結(jié)構(gòu)特征。
在此，所述用語"基質(zhì)(matrix)"是定義為磁熱被動材料，且無關(guān)于其體積 分?jǐn)?shù)(voume fraction)及分布。
一磁熱主動(magnetocalorically active)材料在此定義為一材料，其在承受 一磁場作用時可經(jīng)歷熵(entropy)的變化。例如，所述熵變可能是由鐵磁性 (ferromagnetic)改變?yōu)轫槾判?paramagnetic)行為的結(jié)果。所述磁熱主動材料可 能僅展現(xiàn)于一溫度區(qū)域的一部分內(nèi)，即一拐點(inflection point),此時磁化作 用關(guān)于施加磁場的二階導(dǎo)數(shù)的函數(shù)將由正變?yōu)樨?fù)。一磁熱被動(magnetocalorically passive)材料在此定義為一材料，其在承 受一磁場作用時并無展現(xiàn)顯著的熵變。
內(nèi)含物(induskm)在此定義為一顆粒或細(xì)粒，其具有一第一組成物是至 少局部嵌埋于包含不同第二組成物的基質(zhì)內(nèi)。內(nèi)含物亦包含第一組成物的顆 ?；蚣?xì)粒的一聚結(jié)物(agglomerate)，其是至少局部嵌埋于包含第二不同組成 物材料的基質(zhì)內(nèi)。 一顆?；蚓劢Y(jié)物具有一部分裸露于基質(zhì)外，例如此裸露部 分可能提供復(fù)合物品的一外表面，故亦落于內(nèi)含物的定義內(nèi)。
一壓實粉體(compacted powder)的一微結(jié)構(gòu)特征可通過使用光學(xué)顯微鏡 或掃描式電子顯微鏡來檢視所述復(fù)合物品的一拋光后的截面，而加以辨識。 一壓實粉體具有一微結(jié)構(gòu)包含數(shù)個顆粒至少部分接觸其緊鄰物，亦即相鄰顆 粒，但未在相鄰顆粒之間發(fā)生原子的相互擴散(interdiffusion)。
一壓實粉體的顆粒亦具有晶格(lattice)結(jié)構(gòu)，其具有在壓實期間因施加壓 力而發(fā)生的應(yīng)變及/或破裂。上述結(jié)構(gòu)缺陷可使用透射式電子顯微鏡加以觀 察。
根據(jù)本發(fā)明的所述復(fù)合物品具有的優(yōu)點為其可通過將一磁性主動材料 的第一粉體與一磁性被動材料的第二粉體混合在一起，及接著壓實所述粉體 混合物以形成一復(fù)合物品，來加以簡單的制造。所述復(fù)合物品可使用在一磁 性熱交換系統(tǒng)內(nèi)做為磁性工作材料，而不需進行一后續(xù)熱處理。因此，所述 復(fù)合物品的內(nèi)含物及基質(zhì)具有一壓實粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
所述復(fù)合物品的基質(zhì)可被認(rèn)為是一黏結(jié)劑，其能使磁性主動材料的內(nèi)含 物保持在一起，以形成一復(fù)合物品。因此，磁性主動材料，其特別是指下述 材料，例如Gd、La(Fe,-bSib;h3基相、Gd5(Si， Ge)4基相、Mn(As， Sb)基相、MnFe(P, As)基相、Tb-Gd基相、(La，Ca,Pr,Nd, Sr)Mn03基相、Co-Mn-(Si, Ge)基相及 Pr"Fe，Co)n基相是易脆的，但由于磁性被動材料的基質(zhì)，故可形成在一具有 足夠機械穩(wěn)定度的復(fù)合物品內(nèi)，以使用在一熱交換器系統(tǒng)內(nèi)。所述復(fù)合物品具有的優(yōu)點為磁性主動材料及磁性被動材料可使用已知 技術(shù)制造以及在相互混合成所述復(fù)合物品的起始混合物之前可加以分開制 造。因此，上述二粉體的制造可分別達到最佳化，來使所述復(fù)合物品最佳化。
通過適當(dāng)控制壓實程序，所述復(fù)合物品可制造成具有特殊磁性熱交換系 統(tǒng)所需的尺寸大小。所述復(fù)合物品可通過壓實所述粉體混合物來制造成具有 一近似網(wǎng)狀的形狀。因此，所述復(fù)合物品可使用簡單且具成本效益的制造程 序來加以制造。
所述磁性主動材料可在供應(yīng)或在制造時使用，或可在與后續(xù)形成基質(zhì)的 所述磁性被動材料相混合之前接受一額外熱處理，以改善粉體的磁熱特性。
在第一實施例中，所述基質(zhì)具有一平均顆粒尺寸小于1000微米(um)。 在另一實施例中，所述內(nèi)含物具有一平均直徑小于1000微米。
所述基質(zhì)的平均顆粒尺寸在此定義為在所述復(fù)合物品的一拋光截面內(nèi) 每20個隨機選取顆粒的最長尺寸的平均值。
所述內(nèi)含物的平均直徑在此定義為在所述復(fù)合物品的一拋光截面內(nèi)每 20個隨機選取內(nèi)含物的最長尺寸的平均值。
在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種復(fù)合物品，其包含一磁熱主動材料 的數(shù)個內(nèi)含物，嵌埋于一磁熱被動材料的一基質(zhì)內(nèi)。在本實施例中，所述基 質(zhì)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
一燒結(jié)粉體(sintered powder)的一微結(jié)構(gòu)特征可以通過使用光學(xué)顯微鏡
或掃描式電子顯微鏡來檢視所述復(fù)合物品的一拋光后的截面，而加以辨識。 一燒結(jié)粉體具有一微結(jié)構(gòu)包含數(shù)個顆粒至少部分接觸其緊鄰物，亦即相鄰顆 粒，其中相鄰顆粒之間的介面包含所述相鄰顆粒的原子的相互擴散。
再者，由于進行所述燒結(jié)程序，顆粒將經(jīng)歷應(yīng)變釋放(strainrelief)。由于 顆粒內(nèi)的差排密度(dislocation density)及晶格應(yīng)變(lattice strain)低于壓實未燒 結(jié)的粉體的差排密度及晶格應(yīng)變，故上述應(yīng)變釋放可使用透射式電子顯微鏡加以觀察。
所述復(fù)合物品包含一基質(zhì)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征，所述基質(zhì)具 有的優(yōu)點為所述復(fù)合物品的機械強度可因燒結(jié)程序而提升。如此可在任何后 續(xù)制造步驟(例如所述復(fù)合物品的表面加工)期間、在所述復(fù)合物品的儲存及 運送期間，以及在所述復(fù)合物品的組裝至一磁性熱交換系統(tǒng)內(nèi)的期間，簡化 對所述復(fù)合物品的處理。再者，若所述磁性熱交換系統(tǒng)的形式是將磁鐵維持 靜止及所述磁性工作材料相對所述磁鐵進行物理移動，則所述磁性工作材料 因移動而造成的裂痕及損壞的可能性將可減少。
所述復(fù)合物品包含一基質(zhì)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征，所述復(fù)合物 品亦可使用已知粉體加工技術(shù)來輕易制造。例如，可將磁性被動材料的粉體 與磁性主動材料相混合，所述粉體混合物可進行壓實及接著利用施加熱能來 進行燒結(jié)。
本實施例具有的優(yōu)點為所述復(fù)合物品可通過將磁性主動材料嵌埋于磁 性被動材料的粉體內(nèi)。此中間物可接著燒結(jié)制成所述復(fù)合物品。
在一實施例中，所述內(nèi)含物包含磁性主動材料并且為粉體的形式。在本 實施例中，所述內(nèi)含物及所述基質(zhì)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
或者，所述內(nèi)含物亦可能為粉體形式以外的其他形式。例如，所述內(nèi)含 物亦可為骨架結(jié)構(gòu)的形式，其嵌埋于磁性被動材料的粉體內(nèi)；或者為一連串
箔片、碎片、細(xì)絲或條帶的形式，其嵌埋于形成所述復(fù)合物品的基質(zhì)的磁性 被動材料的粉體內(nèi)。
所述基質(zhì)及或許所述內(nèi)含物可能具有一燒結(jié)粉體的一細(xì)粒結(jié)構(gòu)特征。此 特征細(xì)粒結(jié)構(gòu)可使用光學(xué)顯微鏡或掃描式電子顯微鏡技術(shù)來加以辨識。最適 合的技術(shù)可能視其平均細(xì)粒尺寸而定。 一燒結(jié)粉體的細(xì)粒結(jié)構(gòu)的特征為在相 鄰細(xì)粒之間的細(xì)粒交界，特別是在相同材料的相鄰細(xì)粒之間。由于所述相鄰 細(xì)粒之間在所述介面的相互擴散，因此上述細(xì)粒是原子級的相互接合，且相互之間具有錯向(misorientation)。所述細(xì)粒及所述細(xì)粒交界的微結(jié)構(gòu)可使用 透射式電子顯微鏡技術(shù)加以觀察。
所述燒結(jié)復(fù)合物品(特別是所述混合物)的平均細(xì)粒尺寸，亦是典型大于 所述物品制造時的平均顆粒尺寸。例如，所述基質(zhì)的平均細(xì)粒尺寸大于所述 磁熱被動粉體的平均顆粒尺寸。
在一實施例中，所述磁熱主動材料具有一居里溫度Te在220K至345K 的范圍內(nèi)。當(dāng)使用于一磁性熱交換系統(tǒng)內(nèi)時，所述磁熱主動材料的工作溫度 近似于其居里溫度。具有居里溫度在220K至345K范圍內(nèi)的一磁熱主動材料 將適合依所需工作溫度及工作溫度范圍來應(yīng)用于家用及商業(yè)用的冷凍室系 統(tǒng)、冷藏、空氣調(diào)節(jié)或氣候控制系統(tǒng)。
所述磁熱主動材料為Gd、 La(FeLbSib)n基相、Gd5(Si， Ge)4基相、Mn(As, Sb)基相、MnFe(P, As)基相、Tb-Gd基相、(La, Ca, Pr， Nd, Sr)Mn03基相、 Co-Mn-(Si， Ge)基相及Pr2(Fe, Co)17基相的一種或以上。上述基本組成物可另 包含其他化學(xué)元素，其可用以部分取代或完全取代上述所列元素。上述相亦 可包含數(shù)個元素，其至少部分間質(zhì)性的容納在晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)，例如氫。上述相 亦可能包含雜質(zhì)元素及如氧等少量元素。
所述基質(zhì)可能包含各種材料。在一實施例中，所述基質(zhì)包含一材料具有 一導(dǎo)熱性高于所述磁熱主動材料的內(nèi)含物的導(dǎo)熱性。如此具有的優(yōu)點為所述 磁熱主動材料及所述熱交換介質(zhì)之間的熱交換效率可以增加。
在一實施例中，所述基質(zhì)包含一金屬或一合金，其可能包含鋁Al、銅 Cu、鈦Ti、鎂Mg、鋅Zn、錫Sn、鉍Bi及鉛Pb的一種或以上。
所述基質(zhì)亦可能包含一陶瓷，例如氧化鈹BeO、氮化鋁A1N、氮化硼 BN及石墨的一種或以上。在另一實施例中，所述基質(zhì)包含一金屬或合金及 一陶瓷。所述陶瓷可設(shè)置為在一金屬或合金基質(zhì)內(nèi)的內(nèi)含物形式。
在另一實施例中，所述內(nèi)含物包含一金屬腐蝕保護涂層。所述腐蝕保護涂層可能包含鋁、銅及錫的一種或以上。由于所述磁熱主動材料腐蝕及分解 進入非磁熱主動相可因所述腐蝕保護涂層而至少減緩或甚至在所述磁熱主 動材料的整個工作壽命時間內(nèi)防止腐蝕及分解，故所述腐蝕保護涂層可用以 增加所述磁熱主動相的工作壽命。
在另一實施例中，所述內(nèi)含物包含一電絕緣材料的一外涂層。若一復(fù)合 物品包含內(nèi)含物及基質(zhì)具有一壓實粉體的一微結(jié)構(gòu)特征，則所述基質(zhì)的顆粒 亦可能包含一 電絕緣材料的一外涂層。
若一復(fù)合物品包含內(nèi)含物及基質(zhì)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征，則所 述基質(zhì)的細(xì)粒之間與所述內(nèi)含物及基質(zhì)之間的細(xì)粒交界可能包含一電絕緣 層。所述電絕緣材料可能包含一聚合物或一陶瓷，例如氧化鈹、氮化鋁、氮 化硼或無機化合物(如硅酸鹽、氧化物及磷酸鹽)。
所述基質(zhì)的一陶瓷及一金屬或合金的混合物或所述內(nèi)含物的一外涂層 形式及/或所述基質(zhì)的顆?；蚣?xì)粒具有的優(yōu)點為所述基質(zhì)的平均電阻率可以
增加。如此可減少在所述磁場的使用及移除期間的渦電流(eddy currents)效 應(yīng)，所述磁場另可增加所述磁性熱交換系統(tǒng)的效率。
由于所述電絕緣涂層在所述磁熱主動顆粒及周圍環(huán)境之間提供一物理 性阻障，故所述電絕緣涂層亦可能提供對所述磁熱主動材料的腐蝕保護。
一電絕緣涂層具有的優(yōu)點為層的厚度可以較小。因此， 一薄陶瓷涂層可 設(shè)于所述顆粒上，以電性分隔所述顆粒與其相鄰顆粒，而不致增加所述基質(zhì) 的脆性。
所述基質(zhì)的材料可能被選擇，以最佳化各種額外性質(zhì)。例如，所述基質(zhì) 的材料可能被選擇，以便利用機械變形技術(shù)(例如擠壓、滾壓、延拉及鍛造) 來輕易加工。所述材質(zhì)可能因此是可延展的及在室溫下可輕易加工，并具有 或不具有數(shù)百。C下的中間退火(intermediate annealing)。所述基質(zhì)材料使一 復(fù)合物品在所述復(fù)合物品的初期制造后可以被輕易加工制造。如此具有的優(yōu)
14點為所述復(fù)合物品可利用機械變形技術(shù)形成各種所需最終形式。
或者，或再者，所述材料或所述期質(zhì)可能具有一高導(dǎo)熱性。如此具有的 優(yōu)點為在所述復(fù)合物品在一磁性熱交換系統(tǒng)中運作期間由所述磁熱主動材 料熱傳導(dǎo)至接觸所述復(fù)合物品外表面的所述熱交換介質(zhì)的熱傳導(dǎo)效率可以 增加。
所述基質(zhì)的機械性質(zhì)亦可能通過選擇單一材料或選擇混合材料來加以 調(diào)整，例如一種或以上的陶瓷及一種或以上的金屬或合金。因此，所述復(fù)合 物品的機械強度可以增加，以在所述復(fù)合物品使用在一磁性熱交換系統(tǒng)期間 進一步限制所述復(fù)合物品發(fā)生可能的損壞。
包含至少一基質(zhì)具有燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征的所述復(fù)合物品可能具
有一基質(zhì)包含一平均顆粒尺寸小于1000微米及/或內(nèi)含物具有一平均直徑小 于1000微米。
所述磁熱主動材料及所述磁熱被動材料的相對比例亦可能加以選擇，以 提供所述復(fù)合物品的一所需總體積的所需熱交換特征。例如，磁熱主動材料 的體積分?jǐn)?shù)的下限可依所需熱交換能力(不管是冷卻能力或加熱能力)來加以 限制。
磁熱主動材料的體積分?jǐn)?shù)的上限則可依所述復(fù)合物品的制造及/或其可 工作性及/或腐蝕穩(wěn)定性來加以限制。例如，若所述磁熱被動材料的體積分?jǐn)?shù) 太低，則使用可延展材料以改善所述復(fù)合物品及/或所述燒結(jié)復(fù)合物品的可工 作性而產(chǎn)生的優(yōu)點可能無法達到所需程度。
若所述磁熱主動材料在所述熱交換介質(zhì)內(nèi)腐蝕，若形成所述基質(zhì)的所述 磁熱被動材料的分?jǐn)?shù)太低而所述磁熱主動材料的體積分?jǐn)?shù)過高，則所述基質(zhì) 可能無法對所述內(nèi)含物提供足夠好的覆蓋率，以避免所述磁熱主動材料接觸
所述熱交換介質(zhì)。所述內(nèi)含物的體積分?jǐn)?shù)可能介于20%至98%之間，優(yōu)選介 于60%至95%之間。在另一實施例中，所述基質(zhì)包含一軟磁材料。如此具有的優(yōu)點為在所述 磁性熱交換系統(tǒng)內(nèi)所述磁鐵及所述復(fù)合物品之間的有效磁氣隙可以減小。因 此，由所述復(fù)合物品的磁熱主動材料所提供的冷卻及/或加熱效果可以提高。
所述軟磁材料可能包含鐵Fe、硅化鐵FeSi、鈷Co及鎳Ni的一種或以上。 在另一實施例中，所述復(fù)合物品包含數(shù)個磁熱主動材料，其各自具有一
不同的居里溫度。此可通過調(diào)整單一相組成物或提供不同相來加以設(shè)置。
在一第一種排列中，所述數(shù)個磁熱主動材料基本上均勻的分布于所述復(fù)
合物品的體積中。
在另一實施例中，所述復(fù)合物品包含數(shù)層，各層包含一磁熱主動材料的 內(nèi)含物，所述磁熱主動材料具有一居里溫度Tc不同于一相鄰層內(nèi)的磁熱主動 材料的居里溫度Te。在另一實施例中，各層的磁熱主動材料可依所述材料排 列的順序加以選擇，以使居里溫度Te由所述復(fù)合物品一端向另一端逐漸增加
包含具不同居里溫度Te的數(shù)個磁熱主動材料的所述復(fù)合物品的使用所 具有的優(yōu)點為內(nèi)部使用所述復(fù)合物品的熱交換器的工作范圍可以提升。居里 溫度Tc是指工作溫度，及由于己提供Te的范圍，因此所述熱交換器的工作 范圍可以提升。如此可使所述熱交換器在一較廣的工作溫度范圍內(nèi)提供冷卻 及/或加熱，以及由一起始溫度至一最低/最高溫度時提供冷卻及/加熱，上述 最低/最高溫度分別小于/大于僅使用具單一Te的磁熱主動材料時的最低/最高 溫度。
所述復(fù)合物品可能另包含一有效孔斷porosity)。有效孔隙在此用以說明 所述復(fù)合物品的孔隙在所述磁性熱交換的效率上具有一可測量的效果。
所述有效孔隙包含至少一通道于所述復(fù)合物品的本體內(nèi)，所述通道使所 述復(fù)合物品的一第一側(cè)流體連通至所述復(fù)合物品的一第二側(cè)。所述孔隙可能 在介于10%至60%體積百分比的范圍內(nèi)。
所述有效孔隙可能以一連串相互連接通道的形式設(shè)置，以相互流體連通而形成所述復(fù)合物品的本體內(nèi)的骨架型結(jié)構(gòu)的一中空網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。所述熱交換 液接著可由所述復(fù)合物品的一側(cè)向其另一側(cè)流經(jīng)所述中空網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。
所述有效孔隙可能通過松散的壓實所述粉體或者通過松散的壓實所述 粉體并隨后進行燒結(jié)來加以設(shè)置，以在各實施方式中形成密度小于100%的 一本體，因而未被占用的體積即提供一相互連接的中空網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，且所述熱 交換介質(zhì)可流經(jīng)其中。
上述復(fù)合物品的實施例具有的優(yōu)點為所述復(fù)合物的表面積可以增加。所 述熱交換液接觸內(nèi)表面(也就是所述通道的表面，其提供位于所述復(fù)合物品的 本體內(nèi)的所述孔隙)以及所述復(fù)合物品的整個外表面。因此，所述復(fù)合物品及 所述熱交換液之間的接觸面積可以增加。所以，所述磁性熱交換的效率將可 以進一步提高。
所述復(fù)合物品可能另包含至少一通道。所述通道可能是以受所述復(fù)合物 品圍繞的一通孔形式加以設(shè)置，或可能是以位于所述復(fù)合物品的一外表面內(nèi) 的一通道形式加以設(shè)置。 一個或以上的通道具有的優(yōu)點為增加了所述復(fù)合物 品的表面積，故可進一步改善所述復(fù)合物品及所述熱交換介質(zhì)之間的熱交換
效率。例如，所述通道可通過擠壓(extrusion)或型材滾壓(profile rolling)來形成。
在另一實施例中，所述通道用以導(dǎo)引所述熱交換介質(zhì)的流動。所述通道 的位置可依內(nèi)部具有所述復(fù)合物品工作的所述熱交換系統(tǒng)的設(shè)計來決定。所 述通道用以導(dǎo)引所述熱交換介質(zhì)的流動使其具有減少或最佳、最小的渦流 (turbulence),以增加所述熱交換的效率。
所述物品可能是用于一建筑物或一車輛(特別是一汽車)的一熱交換器、 一冷卻系統(tǒng)、 一空氣調(diào)節(jié)單元或用于一建筑物或一汽車的一氣候控制裝置的 一元件。所述氣候控制裝置可能通過逆轉(zhuǎn)所述液態(tài)冷卻劑或熱交換器介質(zhì)的 流向來做為冬季的一加熱器及夏季的 -冷卻器。當(dāng)所述底盤內(nèi)容納所述氣候
17控制裝置的可用空間受到所述車輛設(shè)計的限制時，將特別有利于用于汽車或 其他車輛上。
所述復(fù)合物品可能亦包含一外保護涂層。所述外保護涂層可能包含一金 屬、 一合金或一聚合物。所述外保護涂層的材料可加以選擇，以便確保所述 復(fù)合物品在所述熱交換介質(zhì)內(nèi)的工作全期具有化學(xué)及機械的穩(wěn)定性。若所述 涂層涂布于所述加工完成的物品，其將不會受較高溫度影響，例如在所述復(fù) 合物品燒結(jié)或工作期間。此時，可能使用具相對較低分解溫度或熔點溫度的 聚合物。
所述熱交換介質(zhì)可能包含乙醇或乙二醇，水、乙醇或乙二醇或具高導(dǎo)熱 性替代材料的混合物，以增加所述熱交換介質(zhì)及所述復(fù)合物品之間的熱交換 效率。所述熱交換介質(zhì)可能對所述磁熱主動材料及/或所述基質(zhì)的磁熱被動材 料具有腐蝕性。因此一額外的外保護涂層可能用以提供額外的保護。
本發(fā)明亦提供制造一復(fù)合物品的方法。
一種方法，其包含
-提供包含一磁熱主動材料的一第一粉體；
-提供包含一磁熱被動材料的一第二粉體；
-將所述第一粉體及所述第二粉體混合在一起，以形成一粉體混合物；及 -壓實所述粉體混合物，以形成一復(fù)合物品。
所述第一粉體及所述第二粉體可以利用已知粉體混合技術(shù)加以混合，例 如球磨混合(ball mixing)及輾磨(attrition milling)。所述第一粉體及所述第二粉 體的平均顆粒尺寸亦可能因輾磨而縮小。
所述粉體混合物可能使用已知方法來壓實形成所述復(fù)合物品。例如，所 述粉體可放置在一模具內(nèi)及利用施加壓力來壓實。所述粉體亦可能通過滾壓 所述粉體混合物本身、通過滾壓一部分壓實或預(yù)先壓實的物品，或通過滾壓 含有所述粉體混合物或至少部分壓實的粉體混合物的封裝預(yù)形體，來加以壓 實。為了制造一預(yù)形體，所述粉體混合物可在壓實之前使用--方法(例如一粉末填管powder-in-tube型方法)來包覆在一套膜內(nèi)。
由于所述復(fù)合物品不會承受一熱處理程序，因此包含不同組成物的壓實 粉體的混合物的所述復(fù)合物品可能當(dāng)作一坯體(green body)。在第一實施例 中，所述壓實粉體混合物在其制造后不會承受進一步的熱處理，并可在未燒 結(jié)情況下使用在一磁性熱交換器內(nèi)。
上述方法具有的優(yōu)點為所述復(fù)合物品直接由一粉體混合物制成，而不需 額外熱處理。由于可避免在所述復(fù)合物品使用一種或以上的額外熱處理，故 所述制造程序是簡單及具成本效益的。
在另一實施例中，在所述第一粉體混合于所述第二粉體之前，所述第一 粉體包含數(shù)個顆粒，其涂布有一金屬腐蝕保護涂層。所述金屬腐蝕保護涂層 例如可能通過電鍍或無電電鍍來涂布在所述第一粉體上。
在另一實施例中，在所述第一粉體混合于所述第二粉體之前，所述第一 粉體包含數(shù)個顆粒，其涂布有一電絕緣材料。
若有需要電性分隔所述基質(zhì)的顆?；蚣?xì)粒，將可通過在所述第二粉體混 合于所述第一粉體之前，在所述第二粉體的顆粒上涂布一電絕緣材料，而加 以實現(xiàn)。
為了減少渦電流效應(yīng)，所述第一及第二粉體兩者的顆粒可能進一步包含 一電絕緣層。其可在兩者混合在一起之前涂布在所述粉體上。所述第一粉體 的電絕緣層的組成物可能不同于所述第二粉體的電絕緣層的組成物。所述涂 層可依所述二粉體的不同組成物加以特定選擇。如此可能有利于通過適當(dāng)選 擇所述電絕緣材料的組成物，來改善所述涂層粘著至所述顆粒的粘著性。
或者，所述第一粉體可能混合于所述第二粉體，及隨后使所述粉體混合 物的顆粒涂布所述電絕緣材料。此時，所述第一及第二粉體的顆粒兩者皆包 含相同組成物的所述電絕緣材料。
在-實施例中，額外將潤滑劑、 一有機粘結(jié)劑及一分散劑的一種或以上加入所述粉體混合物。上述添加成分可能用以改善所述第一粉體及第二粉 體的混合，此時一粘結(jié)劑及/或一分散劑及/或用以改善在使用一潤滑劑時的 壓實步驟所達到的壓實密度。例如，所述潤滑劑可使所述顆粒更有效率的相 互滑動，因而增加所述壓實粉體混合物的密度及所述壓實物品在壓實狀態(tài)與 燒結(jié)狀態(tài)兩者下的密度。
所述粉體混合物可能在10兆帕(MPa)至3000兆帕范圍內(nèi)的壓力下進行 壓實。所述復(fù)合物品的密度通常隨著施加壓力的增加而提高。然而，上述關(guān) 系并非線性，因而所述壓力的一實際上限可能提高至一壓力以上，其中通過 施加較高壓力的增加復(fù)雜度使密度的增加不致過高。若施加的壓力過低，則 接著所述壓實復(fù)合物品可能不具有足供可靠使用于一磁性熱交換系統(tǒng)內(nèi)的 所需機械完整性。
在另一實施例中，在所述粉體混合物壓實之前，將所述粉體混合物包覆
在一套膜內(nèi)。所述粉體混合物亦可能在包覆于所述套膜及進一步壓實之前先
部分壓實，以形成一自我支撐的本體。
所述粉體混合物亦可能在室溫下進行沖擊?；蛘撸龇垠w可在介于30 ° C至250。 C之間的溫度下進行壓實。
一提升的溫度具有的優(yōu)點為所述坯體的密度可以提高。依據(jù)溫度，燒結(jié) 的程度亦可能在壓實程序期間發(fā)生，因而所述復(fù)合物品的機械完整性可進一 步增加。若添加物置于所述粉體混合物內(nèi)，則添加物亦可能在一提升溫度下 的壓實程序期間丙其蒸發(fā)及/或分解成氣化成分而被去除，
本發(fā)明亦提供方法以提供一復(fù)合物品，其內(nèi)至少是設(shè)置所述基質(zhì)的第二 粉體是已燒結(jié)的，及具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
在另一實施例中，在所述粉體混合物壓實形成一坯體復(fù)合物品之后，可 對所述已壓實的復(fù)合物品實施一熱處理。所述熱處理可以實施，以便所述基 質(zhì)的粉體顆粒燒結(jié)在一起，因而改善所述復(fù)合物品的機械強度。所述熱處理是在介于300°C至1200°C之間的溫度下實施介于2小時至 IO小時之間的時間。所述溫度及時間可加以選擇，以最佳化所述復(fù)合物品的 燒結(jié)程序及致密化(densification)，且一般是依據(jù)用于所述磁熱主動材料及所 述磁熱被動材料的材料來加以選擇。
所述熱處理亦可能執(zhí)行用以改善所述磁熱主動材料的磁熱性質(zhì)。例如， 所述Te可能增加或者提供所述熵變的轉(zhuǎn)變銳度可以增加。
所述熱處理可能是在真空下或在一保護氣氛內(nèi)實施。 一保護氣氛可能利 用一稀有氣體(例如氬氣)或利用相對于所述復(fù)合物品是惰性的氣體來提供。 所述氣體可加以選擇，以避免因用于所述熱處理的提升溫度造成所述磁熱主 動材料及/或所述磁熱被動材料的降解(degradation)。所述氣體亦可加以選擇， 以使剩余非所需的元素(例如氧及碳)可在所述熱處理期間被去除。
在所述熱處理期間，所述磁熱主動材料的組成物可能通過元件(例如通過 所述氣氛傳播的氫及氮)的間質(zhì)性插入來加以修飾。
在另一實施例中，將一第二壓實程序?qū)嵤┯谒鰪?fù)合物品上。所述第二 壓實程序可能實施于所述已壓實的復(fù)合物品上(也就是所述坯體)，或?qū)嵤┯?已接受一熱處理及燒結(jié)之后的所述復(fù)合物品上。 一第二壓實程序可能用以進 一步增加所述復(fù)合物品的密度。若添加物(例如一潤滑劑、粘結(jié)劑及/或分散 劑)使用于所述粉體混合物中且在所述第一熱處理期間被去除或燒除時，則一 第二壓實程序可能是有好處的。如此可在所述復(fù)合物品內(nèi)形成孔隙，其可以 通過一第二壓實程序來加以減少。
在一第二壓實或定型(sizing)程序期間達到的壓實程度可能介于5%至 50%的范圍內(nèi)。
因此，在一方法中，所述壓實復(fù)合物品首先在一相對較低溫度下進行一 熱處理以去除上述添加物，及接著進行一第二壓實程序及在發(fā)生燒結(jié)期間于 一較高溫度下進行 -第二熱處理，以制造-復(fù)合物品使其至少所述基質(zhì)具有
21一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
在制造一復(fù)合物品之后，不管其包含壓實粉體或燒結(jié)粉體，可能實施一 個或以上的進一步加工程序。 一加工程序可能是用來產(chǎn)生所述復(fù)合物品的最 終外形者。所述最終外形例如可通過研磨及/或拋光所述復(fù)合物品的外表面而 產(chǎn)生。
另一可能的加工程序可能包含進一步加工所述復(fù)合物品，以形成最終所 需尺寸。例如，所述復(fù)合物品可能接受進一步機械變形程序，例如像擠壓、 滾壓、延拉及/或鍛造。 一個或以上用以導(dǎo)引所述熱交換介質(zhì)流動的通道可能 在上述加工程序的一個的期間形成在所述復(fù)合物品內(nèi)。
所述復(fù)合物品亦可能涂布有一外保護涂層。所述外保護涂層是利用浸 漬、噴涂或電鍍來進行涂布。
所述外保護涂層可能在實施所述燒結(jié)熱處理后才涂布。如此具有的優(yōu)點 為由于所述涂層不會受到所述燒結(jié)熱處理，故熱敏感性材料亦可用于所述外 保護涂層。
在另一實施例中，所述外保護涂層涂布于所述壓實復(fù)合物品上。當(dāng)所述 復(fù)合物品仍未燒結(jié)時，則可以使用上述方法。若所述復(fù)合物品已燒結(jié)，則所 述保護涂層可能在所述燒結(jié)熱處理之前先涂布，以保護中間產(chǎn)品。


本發(fā)明的實施例現(xiàn)將參照附圖進行說明
圖1揭示一第一實施例的一復(fù)合物品；
圖2揭示一第二實施例的一復(fù)合物品；
圖3揭示圖2的復(fù)合物品沿A-A線的剖視圖4揭示一第三實施例的一復(fù)合物品；
圖5揭示一第四實施例的一復(fù)合物品。參考圖號
1 第一復(fù)合物品
2 包含一磁熱主動材料的第一粉體
3 包含一磁熱被動材料的第二粉體
4 基質(zhì)
5 內(nèi)含物
6 內(nèi)含物的裸露部
7 復(fù)合物品的外表面 10第二復(fù)合物品
11第一層 12第二層 13第三層 14基質(zhì)
15 內(nèi)含物
16 磁熱被動材料
17相鄰層之間的交界 18第一磁熱主動材料
19 第二磁熱主動材料 20第三磁熱主動材料 21外涂層
22 通道
23 外表面
30第三復(fù)合物品
31 電絕緣涂層40第四復(fù)合物品
41孔隙
42孔隙的通道
43 第一側(cè)
44 第二側(cè)
45孔隙的表面 46腐蝕保護層 47第二通道
具體實施方式
圖1揭示根據(jù)本發(fā)明一第一實施例的一復(fù)合物品1。所述復(fù)合物品1包 含 一第一粉體2，包含一磁熱主動材料；以及， 一第二粉體3,包含一磁熱 被動材料。所述磁熱主動材料2基本上由La(Fe^bCoaSib)n所組成，其具有 20。C的居里溫度Te;以及，所述磁熱被動材料3基本h由銅所組成。銅具有 高導(dǎo)熱性且具延展性，因而所述復(fù)合物品1必要時可以通過機械變形程序來 加工。
所述二粉體2、 3混合在一起，并在一壓模內(nèi)進行壓車，以制造復(fù)合物品 1，其可自我支撐且具有足夠程度的機械強度，故能用以做為一未繪示磁性熱 交換系統(tǒng)內(nèi)的工作元件。所述磁性熱交換系統(tǒng)可能是己知型式。
提供所述磁熱被動材料的所述銅顆粒3可提供一基質(zhì)4，其內(nèi)嵌埋有磁 熱主動材料2的內(nèi)含物5。所述內(nèi)含物5分布及嵌埋于所述基質(zhì)4內(nèi)。部分 的磁熱主動材料2的內(nèi)含物5具有裸露于所述基質(zhì)4外的部分6，并提供所 述復(fù)合物品1的外表面7的數(shù)個區(qū)域。
所述內(nèi)含物5及所述基質(zhì)4各具有一微結(jié)構(gòu)具有一壓實粉體的特征。
提供所述基質(zhì)4的所述銅粉體3具有一導(dǎo)熱性高于所述磁熱主動材料2。當(dāng)所述復(fù)合物品1使用于一磁性熱交換系統(tǒng)中并位于熱交換介質(zhì)內(nèi)時，所述 基質(zhì)4除了一黏結(jié)劑功能之外亦可改善所述磁熱主動內(nèi)含物5及所述熱交換 介質(zhì)之間的熱交換效率。
圖2揭示根據(jù)本發(fā)明一第二實施例的一復(fù)合物品10。
所述復(fù)合物品IO包含三層11、 12、 13。各層ll、 12、 13包含數(shù)個內(nèi)含 物14，其各自基本上由一磁熱主動材料所組成，所述磁熱主動材料嵌埋于包 含磁熱被動材料16的基質(zhì)15內(nèi)。在本實施例中，提供各層ll、 12、 13的所 述基質(zhì)15的所述磁熱被動材料16是基本上由銅組成。相鄰層之間的交界是 在圖中利用一虛線17示意。
在本實施例中，所述復(fù)合物品IO是由三層11、 12、 13所建構(gòu)。最底層 13包含一第一磁熱主動材料18的內(nèi)含物14，第一磁熱主動材料18具有3°C 的居里溫度Te。第二層12位于所述第一層13之上，并包含一磁熱主動材料 19的內(nèi)含物14，磁熱主動材料19具有15°C的居里溫度Te，其大于所述第 一層13的第一磁熱主動材料18的3°C居里溫度Te。第三層11位于所述第 二層12之上，并包含一磁熱主動材料20的內(nèi)含物14，磁熱主動材料20具 有29°C的居里溫度Te，其大于所述第二層的15°C居里溫度Te。所述復(fù)合物 品10的磁熱主動材料14的居里溫度T。是由所述復(fù)合物品10的一側(cè)向另一 側(cè)增加，即圖2中由底部往頂部觀看。
所述復(fù)合物品10亦包含一外涂層21,其包含一聚合物。所述聚合物是 在燒結(jié)程序之后通過以聚合物噴涂所述復(fù)合物品10而涂布于所述復(fù)合物品 10上。所述外涂層21提供一保護涂層，以防止所述磁熱主動材料18、 19及 20接觸大氣及所述熱交換系統(tǒng)的熱交換介質(zhì)，因而防止所述磁熱主動材料 18、 19及20及所述復(fù)合物品10的腐蝕。
各具逐漸提高的居里溫度Te的數(shù)層11、 12、 13的使用所具有的優(yōu)點為 所述復(fù)合物品10的工作溫度范圍可以提高至高于僅包含單一居里溫度Tc的磁熱主動材料的復(fù)合物品。
在另一未繪示于附圖的實施例中，所述復(fù)合物品包含數(shù)種各具不同居里 溫度Te的數(shù)種材料。上述數(shù)種材料是混合于整個所述復(fù)合物品中，而不是如 圖2繪示般依層來排列。
相較于圖1的實施例，所述復(fù)合物品IO接受一熱處理，并造成所述粉體
15及所述基質(zhì)16的燒結(jié)。因此，在本實施例中，所述基質(zhì)16具有一燒結(jié)粉
體的一微結(jié)構(gòu)特征。
所述復(fù)合物品10是通過先制作三種不同粉體混合物來加以制造。所述第 一粉體混合物包含具3°C居里溫度Tc的磁熱主動材料18與銅粉體15;所述 第二粉體包含具15°C居里溫度T。的磁熱主動材料19與銅粉體15;及所述 第三粉體混合物包含具29°C居里溫度Te的磁熱主動材料20與銅粉體15。
所述第一粉體混合物的層13放置于一模具內(nèi)，接著放置所述第二粉體混 合物的層12及所述第三粉體混合物的層11。所述粉體混合物的層狀排列是 在600MPa的壓力下壓實，及接著在1000°C下進行一燒結(jié)熱處理，以制成一 燒結(jié)復(fù)合物品10。
數(shù)個通常平行的通道22接著通過型材滾壓(profile rolling)形成在所述復(fù) 合物品23的外表面內(nèi)。所述通道22是繪示于圖3。
所述通道22各具有其尺寸及排列所述外表面，以用于在所述復(fù)合物品 10位于一未繪示的熱交換系統(tǒng)內(nèi)時沿著所需熱傳導(dǎo)的方向來導(dǎo)引一熱交換 介質(zhì)的流動。所述通道22是排列成由較低居里溫度Tc的第一層13延伸至較 高居里溫度Te的第三層11。
所述復(fù)合物品IO接著噴涂上一聚合物，以提供所述外保護涂層21。
在另一未繪示于附圖的實施例中，在壓實之前，優(yōu)選在所述混合程序之 前，可額外將一潤滑劑、 一有機粘結(jié)劑及一分散劑的一種或以上加入所述粉 體混合物內(nèi)。 一潤滑劑可有助于增加所述壓實復(fù)合物品1、 IO的密度。粘
26結(jié)劑及/或一分散劑可有助于提供使內(nèi)含物5、 14均勻分布于所述基質(zhì)4、 15內(nèi)。
雖然層狀結(jié)構(gòu)已繪示于圖2并包含三層，但任何數(shù)目的層，包含單一層，亦為本發(fā)明所能提供用于一燒結(jié)復(fù)合物品者。相似的，具有包含不同居里溫
度Te的磁熱主動材料的數(shù)層的一已壓實未燒結(jié)坯體復(fù)合物品亦可能使用上
述不同粉體的層化程序來制造。此程序不同于圖2的實施例相關(guān)連說明的程序，其未在壓實程序之后對所述層狀復(fù)合物品進行熱處理。
圖4揭示根據(jù)一第三實施例的一復(fù)合物品30。所述復(fù)合物品30相似于圖1所示第一實施例的復(fù)合物品1，但不同于圖1所示第一實施例的復(fù)合物品1的差異在于所述磁熱主動粉體2的內(nèi)含物5及所述銅顆粒3涂布有一電絕緣材料31。
為了清楚示例，在圖4中，所述磁熱主動粉體2的內(nèi)含物5是涂成黑色，
同時所述基質(zhì)4的磁熱被動銅顆粒3并未涂暗。值得注意的是所述電絕緣涂層的厚度及所述顆粒的尺寸是因示例目的而被夸大。
所述內(nèi)含物5及所述基質(zhì)4的銅顆粒3利用所述電絕緣涂層31來相互保持電性絕緣。所述電絕緣涂層31的提供具有的優(yōu)點為在施加及去除一磁場的期間渦電流的產(chǎn)生可以減少，其導(dǎo)致所述磁性熱交換系統(tǒng)的效率提升。
所述電絕緣涂層31例如可能是一聚合物或一陶瓷。所述二粉體2、 3的顆?？赡茉谄浠旌显谝黄鹬巴坎加幸浑娊^緣材料；或所述二粉體2、 3可能先混合在一起及再將所述電絕緣涂層31涂布于所述粉體混合物的顆粒的外表面。
在另一實施例中，所述復(fù)合物品30接受一熱處理以燒結(jié)提供所述基質(zhì)4的所述粉體3，因而所述基質(zhì)4具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。在本實施例中，所述電絕緣涂層31出現(xiàn)在所述燒結(jié)基質(zhì)4的細(xì)粒之間的細(xì)粒交界處，以及出現(xiàn)在所述內(nèi)含物5及所述燒結(jié)基質(zhì)4之間的細(xì)粒交界處。所述電絕緣涂層31亦可能提供防止腐蝕的保護。由于某些磁熱主動材料 在曝露于大氣下或曝露于所述熱處理下有腐蝕傾向，故其特別有利于用于所
述磁熱主動材料的內(nèi)含物5涂布一電絕緣層的復(fù)合物。
圖5揭示根據(jù)一第四實施例的一復(fù)合物品40。所述復(fù)合物品40不同于 先前實施例的差異在于所述復(fù)合物品40另包含一有效孔隙41。
為了清楚示例，在圖5中，所述磁熱主動粉體2的內(nèi)含物5是涂成黑色， 同時所述磁熱被動銅顆粒3并未涂暗。
在第四實施例中，所述復(fù)合物品40包含一有效孔隙能使所述熱交換液流 過所述復(fù)合物品40。所述孔隙41包含數(shù)個相互連接的通道42，以提供通過 整個所述復(fù)合物品40的通道42的一骨架型結(jié)構(gòu)。一足夠數(shù)目的孔隙41是在 所述外表面7的一或二端呈開放狀。所述熱交換介質(zhì)能由所述復(fù)合物品40 的一側(cè)43流動至另一側(cè)44，即如箭頭所示通過所述通道42的網(wǎng)絡(luò)。在圖5 中，僅揭示了單一直通的通道42以及由提供所述孔隙41的網(wǎng)絡(luò)的所述直通 的通道42產(chǎn)生的一分枝通道47。
所述熱交換液能接觸所述多孔結(jié)構(gòu)42形成的內(nèi)表面45以及所述復(fù)合物 品40的外表面7。
由于存在所述孔隙42，所述復(fù)合物品40的表面積將增加；且再者，所 述復(fù)合物品40及所述熱交換介質(zhì)之間的接觸面積也將增加。因此，所述磁性 熱交換的效率可能進一步增加。
在第四實施例中，包含磁熱主動材料的所述內(nèi)含物5另包含一金屬腐蝕 保護涂層46。所述腐蝕保護涂層46為銅，且排列于所述個別內(nèi)含物5的磁 熱主動材料的外表面及所述電絕緣涂層31之間。所述內(nèi)含物5因而包含二涂 層。如此具有的優(yōu)點為各層的性質(zhì)可分別達最佳化。
由于某些所述內(nèi)含物5毗鄰于所述通道42并形成所述通道42 表面45 的一部分，故一額外腐蝕保護涂層46對于具一有效孔隙41的復(fù)合物品40是有益的。所述腐蝕保護涂層46對于未嵌埋于所述基質(zhì)3內(nèi)的所述內(nèi)含物5以及接觸外部環(huán)境與所述熱交換液的所述內(nèi)含物5可以提供額外的保護。
值得注意的是，所述腐蝕保護涂層46及所述電絕緣涂層31的厚度與所述顆粒3、 5及所述通道42、 47的尺寸皆因圖5的示例目的而被夸大。
在另一未繪示于附圖的實施例中，所述內(nèi)含物5包含單一金屬腐蝕保護涂層46，也就是所述內(nèi)含物5未設(shè)有一額外的外電絕緣層31。
所述復(fù)合物品l、 10、 30、 40可使用做為一熱交換器、 一冷凍系統(tǒng)、一氣候控制裝置、 一空氣調(diào)節(jié)單元或一工業(yè)、商業(yè)或家用冷凍室的工作元件。
29
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合物品(1)，其特征在于包含一磁熱主動材料的數(shù)個內(nèi)含物(5)，嵌埋于一磁熱被動材料的一基質(zhì)(4)內(nèi)，其中所述內(nèi)含物(5)及所述基質(zhì)(4)具有一壓實粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合物品(l)，其特征在于所述基質(zhì)(4)具有一平均顆粒尺寸小于1000微米。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合物品(1)，其特征在于所述內(nèi)含物(5)具有一平均直徑小于1000微米。
4. 如權(quán)利要求1至3的任一項所述的復(fù)合物品(40),其特征在于所述內(nèi)含物(5)包含一金屬腐蝕保護涂層(46)。
5. 如權(quán)利要求4所述的復(fù)合物品(40)，其特征在于所述腐蝕保護涂層C46)包含鋁、銅及錫的一種或以上。
6. 如權(quán)利要求1至5的任一項所述的復(fù)合物品(l)，其特征在于所述內(nèi)含物(5)包含一電絕緣材料的一外涂層(31)。
7. 如權(quán)利要求1至6的任一項所述的復(fù)合物品(l)，其特征在于所述基質(zhì)(4)的顆粒包含一電絕緣材料的一外涂層(31)。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的復(fù)合物品(1)，其特征在于所述電絕緣材料包含一聚合物或一陶瓷或一無機化合物。
9. 一種復(fù)合物品(IO)，其特征在于包含一磁熱主動材料(18、 19、 20)的數(shù)個內(nèi)含物(14)，嵌埋于一磁熱被動材料(16)的一基質(zhì)(15)內(nèi)，其中所述基質(zhì)(15)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
10. 如權(quán)利要求9所述的復(fù)合物品(10)，其特征在于所述內(nèi)含物(14)及所述基質(zhì)(15)具有一燒結(jié)粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的復(fù)合物品(10)，其特征在于所述內(nèi)含物(14:i及所述基質(zhì)(15)具有一燒結(jié)粉體的一顆粒結(jié)構(gòu)特征。
12. 如權(quán)利要求9至11的任一項所述的復(fù)合物品(40)，其特征在于所述內(nèi) 含物(14)包含一金屬腐蝕保護涂層(46)。
13. 如權(quán)利要求12所述的復(fù)合物品(40)，其特征在于所述腐蝕保護涂層(46) 包含鋁、銅及錫的一種或以上。
14. 如權(quán)利要求9至13的任一項所述的復(fù)合物品(IO)，其特征在于所述內(nèi) 含物(5)包含一電絕緣材料的一外涂層(31)。
15. 如權(quán)利要求9至14的任一項所述的復(fù)合物品CIO)，其特征在于所述基 質(zhì)(4)的顆粒包含一電絕緣材料的一外涂層(31)。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的復(fù)合物品(10)，其特征在于所述電絕緣材料 包含一聚合物或一陶瓷。
17. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所 述磁熱主動材料(2、 18、 19、 20)具有一居里溫度Te在220K至345K的范 圍內(nèi)。
18. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(l、 10、 40)，其特征在于所 述磁熱主動材料(2、 18、 19、 20)為Gd、 La(FeLbSib)，3基相、Gd5(Si, Ge)4 基相、Mn(As， Sb)基相、MnFe(P, As)基相、Tb-Gd基相、(La， Ca, Pr, Nd, Sr)Mn03基相、Co-Mn-(Si, Ge)基相及Pr2(Fe， Co)n基相的一種或以上。
19. 如上述權(quán)利耍求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所 述基質(zhì)(4、 15)包含元素鋁、銅、鈦、鎂、鋅、錫、鉍及鉛的一種或以上。
20. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所 述基質(zhì)包含氧化鈹、氮化鋁、氮化硼及石墨的一種或以上。
21. 如權(quán)利要求9至20的任一項所述的復(fù)合物品(IO)，其特征在于所述基 質(zhì)(15)包含一平均顆粒尺寸小于1000微米。
22. 如權(quán)利要求9至20的任一項所述的復(fù)合物品(IO)，其特征在于所述內(nèi) 含物(M)具有一平均直徑小于1000微米。
23. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所述內(nèi)含物(5、 14)的體積分?jǐn)?shù)是介于20%至98%之間。
24. 如權(quán)利要求13所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所述內(nèi)含物(5、14)的體積分?jǐn)?shù)是介于60%至95%之間。
25. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所述基質(zhì)(5、 14)包含一軟磁材料。
26. 如權(quán)利要求25所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所述軟磁材料包含鐵Fe、硅化鐵FeSi、鈷Co及鎳Ni的一種或以上。
27. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(10)，其特征在于所述復(fù)合物品(10)包含數(shù)層(11、 12、 13)，各層(ll、 12、 13)包含一磁熱主動材料(18、19、 20)的內(nèi)含物(14)，所述磁熱主動材料(18、 19、 20)的居里溫度Tc不同于一相鄰層(U、 12、 13)的磁熱主動材料(18、 19、 20)的居里溫度Tc。
28. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(10)，其特征在于所述復(fù)合物品(10)于一表面內(nèi)另包含至少一通道(22)。
29. 如權(quán)利要求28所述的復(fù)合物品(10)，其特征在于所述通道(22)適用于導(dǎo)引一熱交換媒介的流動。
30. 如權(quán)利要求1至29的任一項所述的復(fù)合物品(l、 10、 40)，另包含一外保護涂層(21)。
31. 如權(quán)利要求30所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，其特征在于所述外保護涂層(21)包含一聚合物或一金屬或一合金。
32. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40)，另包含一有效孔隙(41)。
33. 如權(quán)利要求32所述的復(fù)合物品(40)，其特征在于所述有效孔隙(41)包含至少一通道42于所述復(fù)合物品(40)的本體內(nèi)，以提供由所述復(fù)合物品(40)的一第一側(cè)(43)至所述復(fù)合物品(40)的一第二側(cè)(44)的流體連通。
34. 如權(quán)利要求32或33所述的復(fù)合物品(40)，其特征在于所述有效孔隙(41) 包含所述復(fù)合物品(40)的10%至60%體積百分比。
35. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的復(fù)合物品(1、 10、 40),其特征在于所 述的復(fù)合物品(l、 IO)為一熱交換器、 一冷凍系統(tǒng)、 一氣候控制裝置、一 空氣調(diào)節(jié)單元或一工業(yè)、商業(yè)或家用冷凍室的一元件。
36. —種熱交換器，其特征在于包含權(quán)利要求1至34的任一項所述的至少 一復(fù)合物品。
37. —種制造復(fù)合物品(1、 10、 40)的方法，其特征在于包含 -提供包含一磁熱主動材料的一第一粉體(2); -提供包含一磁熱被動材料的一第二粉體(3);-將所述第一粉體(2)及所述第二粉體(3)混合在一起，以形成一粉體混合 物；-壓實所述粉體混合物，以形成一復(fù)合物品(l)。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于額外將一潤滑劑、 一有機粘結(jié) 劑及一分散劑的一種或以上加入所述粉體混合物。
39. 如權(quán)利要求37或38所述的方法，其特征在于在所述第一粉體(2)混合 于所述第二粉體(3)之前，所述第一粉體(2)包含數(shù)個顆粒，其涂布有一金 屬腐蝕保護涂層C46)。
40. 如權(quán)利要求37至39的任一項所述的方法，其特征在于在所述第一粉體(2) 混合于所述第二粉體(3)之前，所述第一粉體(2)包含數(shù)個顆粒，其涂布 有一電絕緣材料。
41. 如權(quán)利要求37至40的任一項所述的方法，其特征在于在所述第二粉體(3) 混合于所述第一粉體(2)之前，所述第二粉體(3)包含數(shù)個顆粒，其涂布 有一電絕緣材料。
42. 如權(quán)利要求40或41所述的方法，其特征在于在所述第一粉體(2)混合于所述第二粉體(3)之前，所述第一粉體(2)包含數(shù)個顆粒，及所述第二粉體(3)包含涂布有一電絕緣材料的數(shù)個顆粒。
43. 如權(quán)利要求37至42的任一項所述的方法，其特征在于所述粉體混合物是在10兆帕至3000兆帕的壓力下進行壓實。
44. 如權(quán)利要求37至42的任一項所述的方法，其特征在于所述粉體混合物是利用滾壓及沖壓的一種來進行壓實。
45. 如權(quán)利要求37至44的任一項所述的方法，其特征在于在壓實之前，所述粉體混合物包覆在一套膜內(nèi)。
46. 如權(quán)利要求37至45的任一項所述的方法，其特征在于所述粉體混合物是在室溫下或在介于30°C至250°C之間的溫度下的一種來進行壓實。
47. 如權(quán)利要求37至46的任一項所述的方法，其特征在于對所述已壓實的復(fù)合物品(10)實施一熱處理。
48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于所述熱處理是在介于300。C至1200°C之間的溫度下實施介于2小時至10小時之間的時間。
49. 如權(quán)利要求47或48所述的方法，其特征在于所述熱處理是在真空下或在一保護氣氛內(nèi)實施。
50. 如權(quán)利要求37至49的任一項所述的方法，其特征在于將一第二壓實程序?qū)嵤┯谒鰪?fù)合物品上。
51. 如權(quán)利要求37至50的任一項所述的方法，其特征在于實施一加工程序。
52. 如權(quán)利要求37至51的任一項所述的方法，另包含涂布一外保護涂層(21)至所述復(fù)合物品(K 10)。
53. 如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于所述外保護涂層(21)是利用浸漬、噴涂或電沈積來進行涂布。
54. 如權(quán)利要求52或53所述的方法，其特征在于在實施所述燒結(jié)熱處理之后，進行所述外保護涂層(21)的涂布。
55.如權(quán)利要求52至56的任一項所述的方法，其特征在于所述外保護涂層(21)涂布于所述已壓實的復(fù)合物品(1)。
全文摘要
具有磁熱主動材料的復(fù)合物品及其制造方法。一種復(fù)合物品(1、10、40)包含一磁熱主動材料的數(shù)個內(nèi)含物(5)，嵌埋于一磁熱被動材料的一基質(zhì)(4)內(nèi)。所述內(nèi)含物(5)及所述基質(zhì)(4)具有一壓實粉體的一微結(jié)構(gòu)特征。
文檔編號F28D17/00GK101681707SQ200780052541
公開日2010年3月24日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者喬格沃納·雷佩爾, 馬提厄斯·卡特 申請人:真空熔焠有限兩合公司