KR20120041225A

KR20120041225A - 자기장선 집속을 위한 반자성 물질의 용도

Info

Publication number: KR20120041225A
Application number: KR1020127004660A
Authority: KR
Inventors: 게오르그 데겐; 파비안 시이러
Original assignee: 바스프 에스이
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-04-30
Also published as: CN102473497A; JP2013501907A; BR112012001245A2; AU2010275203A1; RU2012106080A; EP2457239A1; TW201120924A; WO2011009904A1; US20110018662A1

Abstract

본 발명은 상자성 물질이 도입되는 자기장에서, 상자성 물질에 자기장선을 집속하기 위한 집속 수단으로서 반자성 물질의 용도에 관한 것이다.

Description

자기장선 집속을 위한 반자성 물질의 용도{USE OF DIAMAGNETIC MATERIALS FOR FOCUSING MAGNETIC FIELD LINES}

본 발명은 자기장선을 집속하기 위한 반자성 물질의 용도, 및 반자성 물질을 포함하는, 냉각기, 열 펌프 또는 제너레이트용의 자기열량 물질을 포함하는 성형체에 관한 것이다.

강한 자기장을 생성시키기 위해, 값비싼 자성 물질 예컨대 NdFeB 마그넷이 흔히 사용된다. 비용과 물질을 절감하기 위해, 마그넷은 최대 자기장이 최소량의 자성 물질로 생성될 수 있게 디자인된다. 흔히, 강자성 물질은 특정 자기장 영역에서 자기장선을 증폭시키는데 사용된다. 그러나, 그러한 강자성 물질은 자기장이 다른 물질에 대해 작용하지 않는 경우에만 실용적으로 사용될 수 있는데, 강자성 물질이 그들의 강자성 특성 때문에, 자기장선을 다른 물질로부터는 멀게, 자기 자신에는 가깝게 집속시키기 때문이다.

본 발명의 목적은 그러한 증폭이 요구되는 영역에 유도된 자기장의 자기장선을 집속시키기 위한 물질 또는 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 상자성 물질에서 자기장선을 집속시키기 위한 포커서로서 상자성 물질이 도입되는 자기장에서의 반자성 물질의 용도에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

또한, 이러한 목적은 열 담체 매질이 통과하는 채널 및 자기장에 도입하기 적합한 형태를 구비한, 냉각기, 열 펌프 또는 제너레이터를 포함하는 성형체에 의해 본 발명에 따라 달성되며, 상기 성형체는 자기장선과 실질적으로 평행한 평면에서 반자성 물질에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다.

또한, 이러한 목적은 열 담체 매질이 통과되는 채널 및 자기장에 도입되기에 적합한 형태를 구비한, 냉각기, 열 펌프 또는 제너레이터를 위한 자기열량 물질을 포함하는 성형체에 의해 본 발명에 따라 달성되며, 상기 성형체는 자기장선의 방향으로 존재하는(running) 반자성 물질의 내포물을 갖는다.

불균일 자기장에서 자기력이 높은 부위에서 자기력이 낮은 부위로 이동하는 성질을 갖는 물질을 반자성체 또는 반자성 물질이라고 한다. 반대 거동의 물질, 특히 보다 강한 자기장으로 이동하려는 경향을 갖는 물질은 상자성이라고 한다. 반자성은 자기장과 이동성 대전 입자, 특히 전자 간 상호작용에 의해 야기된다. 규모 면에서, 이는 상자성과 비교해 작다. 반대로, 상자성은 전자의 스핀 운동량 및 궤도 각 운동량에 의해 야기된다. 반자성 물질은 이들 모두의 원자 또는 분자가 닫힌 전자 껍질을 차지하고 있는데, 이러한 경우 전자의 개별 자기 모멘트가 서로 제거되어, 전체 자기 모멘트가 외적으로 나타나지 않기 때문이다. 반자성 물질은 예를 들면, 모든 비활성 기체(noble gas) 및 비활성 가스-유사 이온 또는 원자를 갖는 모든 물질을 포함한다. 이들은 예를 들면, 대부분의 유기 화합물을 포함한다. 본 발명에 따라 사용이 바람직한 반자성 물질은 플라스틱, 목재, 금속 산화물, 세라믹, 가죽, 직물 또는 이의 혼합물이다. 플라스직은 바람직하게는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌 에테르, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드 및 이의 혼합물에서 선택된다.

통상의 마그넷 디자인 방법, 예를 들면 강자성 슈즈를 통한 농축에 의해 이미 증폭된 자기장은 자기장을 요구하지 않는 영역이나, 또는 자기장 영역을 둘러싼 영역에 반자성 물질을 사용하여 부가적으로 증폭될 수 있다. 자기장선은 반자성 물질에 의해 반발되어 그 물질 옆 영역으로 편향된다. 따라서, 반자성 물질 바깥쪽과, 그에 따라 자기장이 필요한 영역 내에서 자기장의 증폭이 존재한다. 예를 들면, 물질 A가 물리적 효과를 발휘하도록 자기장으로 도입되어야 하는 경우, 물질 A 내에 자기장선을 농축시키기 위해 이 물질 A를 반자성 물질 B로 둘러싸는 것이 유리하다. 본 발명의 일 구체예에서, 높은 자기력이 요구되는 영역에 자기장선을 보다 더욱 강력하게 농축하기 위해서는 반자성 물질을 자기장에 도입하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 자기장선과 평행한 반자성 물질의 배열이 특히 유리하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 반자성 물질은 상자성 물질과 조합되어 사용되며, 그 결과 자기장선이 상자성 물질로 편향 또는 집속되거나, 또는 그 안에 집속된다.

이러한 경우, 상자성 물질은 실질적으로 자기장선을 따르거나 또는 평행한 반자성 물질에 의해 둘러싸일 수 있다. 출발점이 자기장에 수직으로 도입되는 입방형 상자성 물질인 경우, 입방체는 예를 들면, 4면 상의 반자성 물질에 의해 둘러싸일 수 있으며, 반면 자기장선이 그에 대해 수직이거나 또는 실질적으로 수직인, 자기극을 마주하는 면들은 반자성 물질에 의해 덮히지 않는다. 용어 "실질적으로(essentially) 자기장선을 따르거나(along) 또는 평행한은 ±10°, 바람직하게는 ±5°, 특히 ±2°의 각 편차를 허용한다.

본 발명의 다른 구체예에서, 상자성 물질은 실질적으로 자기장선을 따르는 반자성 물질의 내포물(inclusion)을 포함할 수 있다. 이러한 내포물은 자기장선에 평행한 상자성 물질을 침투하는 로드 형태로 존재할 수 있다. 이들 로드는 원형, 각진형, 다각형, 타원형 단면 또는 다른 단면을 가질 수 있고 바람직하게는 일직선의, 평행선으로 상자성 성형체를 침투한다. 로드는 상자성 물질 내에서 균일한 간격으로 떨어져 분포될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 상자성 물질이 자기장으로 도입되는 공간은 실질적으로 자기장선에 따르거나 또는 평행한 반자성 물질에 의해 둘러싸인다. 이는 매우 실질적으로 모든 자기장선이 상자성 물질을 관통하게(run through) 할 수 있다.

만약 상자성, 강자성 또는 반강자성 물질이 최고의 원하는 자기력의 영역을 둘러싸거나 또는 하위영역으로 나뉘는데 사용되어야 한다면 역효과가 일어날 수 있다. 상자성 물질은 바람직하게는 자기열량 물질이다.

이러한 물질은 대체로 공지이며, 예를 들면, WO 2004/068512에 기재되어 있다. 자기열량 효과를 나타내는 물질에서, 외부 자기장에 의해 무작위적으로 배열된 자기 모멘트의 배열은 물질의 가열을 초래한다. 이러한 열은 열 전달에 의해 주변 MCE 물질에서 주변 대기로 제거될 수 있다. 이어 자기장이 스위치오프되거나 또는 제거된 경우, 자기 모멘트는 무작위 배열로 다시 복귀되어, 대기 온도 이하로 물질의 냉각을 야기한다. 이러한 효과는 냉각 목적에 이용될 수 있다. 예를 들면, [Nature, vol.415, January 10, 2002, 페이지 150?152]를 참조한다. 대체로, 열 전달 매질 예컨대 물이 자기열량 물질로부터 열을 제거하는데 사용된다. 따라서, 열 펌프 및 제너레이터로서 적용될 수 있다.

자기 냉각에 전형적인 물질은 흔히 3 이상의 금속성 성분 및 부가적으로 선택적인 비금속성 성분을 포함하는 복수금속 물질이다. "금속계 물질(metal-based material)"이라는 표현은 이들 금속의 대부분의 비율이 금속이나 금속성 성분으로 형성됨을 의미한다. 대체로, 전체 물질 중 비율은 50 중량% 이상, 바람직하게는 75 중량% 이상, 특히 80 중량% 이상이다. 적절한 금속계 물질은 이하에 상세히 설명한다. 자기열량 또는 금속계 물질은 보다 바람직하게는 하기 (1), (2) 및 (3)에서 선택된다:

(1) 하기 화학식 (I)의 화합물

(A_yB_y _-1)_2+δC_wD_xE_z (I)

상기 식에서,

A는 Mn 또는 Co이고,

B는 Fe, Cr 또는 Ni이며,

C, D, E는, C, D 및 E 중 2 이상이 서로 상이하고, 비소멸 농도를 가지며, P, B, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As 및 Sb에서 선택되고, C, D 및 E 중 1 이상은 Ge, As 또는 Si이며,

δ는 -0.1?0.1이고,

w, x, y,z는 각각 0?1의 범위이며, w+x+z = 1이다;

(2) 하기 화학식 (II) 및/또는 (III) 및/또는 (IV)의 La계 및 Fe계 화합물:

Le(Fe_xAl₁ _-x)₁₃H_y 또는 La(Fe_xSi₁ _-x)₁₃H_y (II)

상기 식에서,

x는 0.7?0.95이고,

y는 0?3이며, 바람직하게는 0?2이다;

La(Fe_xAl_yCo_z)₁₃ 또는 La(Fe_xSi_yCo_z)₁₃ (III)

상기 식에서,

x는 0.7?0.95이고,

y는 0.05?1-x이며,

z는 0.005?0.5이다;

LaMn_xFe₂ _- _xGe (IV)

상기 식에서,

x는 1.7?1.95이다;

(3) MnTP 유형의 호이슬러 합금으로서, 여기서 T는 전이 금속이고 P는 원자 당 전자 계수 e/a가 7?8.5 범위인 p-도핑된 금속이다.

본 발명에 따라 특히 적합한 물질은 예를 들면, WO 2004/068512, [Rare Metals, vol. 25, 2006, pp 544-549], [J. Appl. Phys.99,08Q0107 (2006)], [Nature, Vol. 415, January 10, 2002, pp 150-152] 및 [Physica B 327 (2003), pp 431-437]에 기술되어 있다.

상기 화학식 (I)의 화합물에서, C, D 및 E는 바람직하게는 동일하거나 또는 상이하며, P, Ge, Si, Sn 및 Ga 중 1 이상에서 선택된다.

화학식 (I)의 금속계 물질은 바람직하게는 Mn, Fe, P 및 경우에 따라 Sb와, 부가적으로 Ge 또는 Si 또는 As 또는 Ge 및 Si 또는 Ge 및 As 또는 Si 및 As 또는 Ge, Si 및 As를 포함하는 적어도 4급 화합물에서 선택된다.

성분 A의 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상이 Mn이다. B의 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상이 Fe이다. C의 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상이 P이다. D의 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상이 Ge이다. E의 바람직하게는 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상이 Si이다. 물질은 바람직하게는 화학식 MnFe(P_wGe_xSi_z)를 갖는다.

x는 바람직하게는 0.3?0.7 범위이고, w는 1-x 이하이며, z는 1-x-w이다.

물질은 바람직하게는 결정질 육방정계 Fe2P 구조를 갖는다. 적절한 구조의 예에는 MnFeP₀ _.45?0.7, Ge₀ _.55?0.30 및 MnFeP₀ _.5?0.70, (Si/Ge)_0.5?0.30이 있다.

적절한 화합물은 또한 M_n1 ₊ _xFe₁ _- _xP₁ _- _yGe_y이고, 여기서 x는 -0.3?0.5 범위이며, y는 0.1?0.6 범위이다. 유사하게 적절한 화합물로는 화학식 Mn₁ ₊ _xFe₁ _- _xP₁ _- _yGe_y _-zSb_z가 있고, 여기서 x는 -0.3?0.5 범위이고, y는 0.1?0.6 범위이며, z는 y 보다 작고 0.2보다 작다. 부가적으로 적절한 화합물로는 화학식 Mn₁ ₊ _xFe₁ _- _xP₁ _- _yGe_y _- _zSi_z이며, 여기서 x는 0.3?0.5의 범위이고, y는 0.1?0.66 범위이며, z는 y 이하이고 0.6 보다 작다.

바람직한 화학식 (II) 및/또는 (III) 및/또는 (IV)의 La계 및 Fe계 화합물에는 La(Fe₀ _.90Si₀ _.10)₁₃, La(Fe₀ _.89Si₀ _.11)₁₃, La(Fe₀ _.880Si₀ _.120)₁₃, La(Fe0_.877Si₀ _.123)₁₃, LaFe_11.8Si_1.2, La(Fe₀ _.88Si₀ _.12)₁₃H₀ _.5, La(Fe₀ _.88Si₀ _.12)₁₃H₁ _.0, LaFe₁₁ _.7Si₁ _.3H₁ _.1, LaFe_11.57Si_1.43H_1.3, La(Fe₀ _.88Si₀ _.12)H_1.5, LaFe₁₁ _.2Co₀ _.7Si₁ _.1, LaFe₁₁ _.5Al₁ _.5C₀ _.1, LaFe_11.5Al_1.5C_0.2, LaFe₁₁ _.5Al₁ _.5C₀ _.4, LaFe₁₁ _.5Al₁ _.5Co₀ _.5, La(Fe₀ _.94Co₀ _.06)_11.83Al₁ _.17, La(Fe_0.92Co_0.08)_11.83Al_1.17가 있다.

적절한 망간-포함 화합물에는 MnFeGe, MnFe₀ _.9Co₀ _.1Ge, MnFe₀ _.8Co₀ _.2Ge, MnFe_0.7Co_0.3Ge, MnFe₀ _.6Co₀ _.4Ge, MnFe₀ _.5Co₀ _.5Ge, MnFe₀ _.4Co₀ _.6Ge, MnFe₀ _.3Co₀ _.7Ge, MnFe_0.2Co_0.8Ge, MnFe₀ _.15Co₀ _.85Ge, MnFe₀ _.1Co₀ _.9Ge, MnCoGe, Mn₅Ge₂ _.5Si₀ _.5, Mn₅Ge₂Si, Mn₅Ge_1.5Si_1.5, Mn₅GeSi₂, Mn₅Ge₃, Mn₅Ge₂ _.9Sb₀ _.1, Mn₅Ge₂ _.8Sb₀ _.2, Mn₅Ge₂ _.7Sb₀ _.3, LaMn_1.9Fe_0.1Ge, LaMn₁ _.85Fe₀ _.15Ge, LaMn₁ _.8Fe₀ _.2Ge, (Fe₀ _.9Mn₀ _.1)₃C, (Fe₀ _.8Mn₀ _.2)₃C, (Fe_0.7Mn_0.3)₃C, Mn₃GaC, MnAs, (Mn,Fe)As, Mn₁ _+δAs₀ _.8Sb₀ _.2, MnAs₀ _.75Sb₀ _.25, Mn_1.1As_0.75Sb_0.25, Mn₁ _.5As₀ _.75Sb₀ _.25가 있다.

본 발명에 따라 적합한 호이슬러 합금에는, 예를 들면, Fe₂MnSi₀ _.5Ge₀ _.5, Ni_52.9Mn_22.4Ga_24.7, Ni₅₀ _.9Mn₂₄ _.7Ga₂₄ _.4, Ni₅₅ _.2Mn₁₈ _.6Ga₂₆ _.2, Ni₅₁ _.6Mn₂₄ _.7Ga₂₃ _.8, Ni_52.7Mn_23.9Ga_23.4, CoMnSb, CoNb₀ _.2Mn₀ _.8Sb, CoNb₀ _.4Mn₀ _.6SB, CoNb₀ _.6Mn₀ _.4Sb, Ni₅₀Mn₃₅Sn₁₅, Ni₅₀Mn₃₇Sn₁₃, MnFeP₀ _.45As₀ _.55, MnFeP₀ _.47As₀ _.53, Mn₁ _.1Fe₀ _.9P₀ _.47As₀ _.53, MnFeP₀ _.89-xSi_xGe_0.11(x = 0.22, x = 0.26, x = 0.30, x = 0.33)이 있다.

평균 결정 크기는 대체로 10?400 nm, 보다 바람직하게는 20?200 nm, 특히 30?80 nm이다. 평균 결정 크기는 x선 회절법으로 측정할 수 있다. 결정 크기가 너무 작으면, 최대 자기열량 효과가 감소된다. 반대로, 결정 크기가 너무 크면, 시스템의 이력현상이 발생된다.

통상적인 물질은 볼밀에서 물질용 출발 성분 또는 출발 합금의 고체상 반응, 후속 프레싱, 소결 및 불활성 가스 분위기 하에서의 열 처리, 및 이후 실온으로의 느린 냉각에 의해 제조된다.

용융 방사를 통한 프로세싱도 가능하다. 이는 보다 균질한 성분 분포를 가능하게 하여 자기열량 효과가 개선될 수 있다. 그에 기술된 방법에서, 출발 성분은 먼저 아르곤 가스 분위기 하에서 먼저 유도-용융된 후 용융 상태로 노즐을 통해 회전 구리 롤러 상에 분무된다. 이후 1000℃에서의 소결 및 실온으로의 느린 냉각이 후속된다.

자기 냉각 또는 열 펌프 또는 제너레이터용 금속계 물질의 제조는 예를 들면, 이하의 단계들을 포함한다:

a) 고체층 및/또는 액체층인 금속계 물질에 상응하는 화학양론으로 화학 성분 및/또는 합금을 반응시키는 단계,

b) 적절하다면 단계 a)의 반응 생성물을 고체로 전환시키는 단계,

c) 단계 a) 또는 b)의 고체를 소결 및/또는 열처리하는 단계,

d) 100 K/s 이상의 냉각 속도로 단계 c)의 소결 및/또는 열처리된 고체를 급냉시키는 단계.

급냉은 임의의 적절한 냉각 공정, 예를 들면 고체를 물 또는 수성 액체, 예를 들면, 냉각수 또는 얼음/물 혼합물로 급냉시켜 수행될 수 있다. 고체를 예를 들면, 얼음 냉각수에 넣을 수 있다. 또한, 고체를 과냉각 가스 예컨대 액체 질소로 급냉시키는 것이 가능하다. 급냉을 위한 추가 처리는 당분야의 숙련가에게 공지이다. 여기서의 장점은 제어되고 신속한 냉각이다.

본 발명에 따른 방법의 단계 (a)에서, 이후에 금속계 물질로 존재하는 성분 및/또는 합금은 고체 또는 액체상인 금속계 물질에 상응하는 화학양론으로 전환된다.

바람직하게 밀폐 용기 또는 압출기에서 성분 및/또는 합금을 조합 가열시키거나, 또는 볼밀에서 고체상 반응시켜 단계 a)의 반응을 수행한다. 특히 바람직하게는 특히 볼밀에서 실시되는, 고체상 반응을 수행하는 것이다. 이러한 반응은 대체로 알려져 있으며, 언급된 문헌들을 참조한다. 대체로, 이후 금속계 물질에 존재하는 2 이상의 개별 성분의 합금이 분말 또는 개별 성분의 분말은 적절한 중량 비율로 분체 형태로 혼합된다. 필요하면, 혼합물은 부가적으로 분쇄되어 미세결정질 분말 혼합물을 얻을 수 있다. 이러한 분말 혼합물은 바람직하게는 볼밀에서 가열되어, 추가 분쇄 및 또한 양호한 혼합이 이루어지고, 분말 혼합물 중 고체상 반응이 일어난다.

다르게, 개별 성분은 선택된 화학양론으로 분말로서 혼합되어 용융된다.

밀폐 용기에서의 조합 가열은 휘발성 성분의 고정과 화학양론의 제어를 가능하게 한다. 특히 인을 사용하는 경우, 이는 개방 시스템에서 쉽게 증발될 수 있다.

반응 이후 고체의 소결 및/또는 열처리가 후속되며, 이를 위해 1 이상의 중간 단계가 제공될 수 있다. 예를 들면, 단계 a)에서 얻은 고체는 소결 및/또는 열처리되기 전에 프레싱될 수 있다. 이는 물질의 밀도를 증가시켜서, 고밀도의 자기열량 물질이 이후 적용시 존재하게 한다. 이는 자기장이 존재하는 부피를 감소시킬 수 있고, 그러한 감소는 상당한 비용 절감과 연관될 수 있기 때문에 유리하다. 프레싱은 당분야에 공지이며 프레싱 보조기구 있거나 또는 없이 수행될 수 있다. 이러한 프레싱을 위해 임의의 적절한 몰드를 사용하는 것이 가능하다. 프레싱에 의해, 원하는 3차 구조의 성형체를 얻는 것이 이미 가능하다. 프레싱에 이어서 단계 c)의 소결 및/또는 열처리가 후속되고, 단계 d)의 급냉이 후속될 수 있다.

대안적으로, 볼밀로 얻은 고체를 용융 방사 공정으로 보내는 것이 가능하다. 용융 방사 공정은 당분야에 공지이고 예를 들면, [Rare Metals, vol.25, October 2006, pp 544-549] 및 WO 2004/068512에 기술되어 있다.

이들 공정에서, 단계 a)에서 얻어지는 조성물은 용융되어 회전 냉간 금속 롤러 상에 분무된다. 이러한 분무는 분무 노즐 상류의 고압 또는 분무 노즐 하류의 감압에 의해 수행될 수 있다. 대체로, 회전식 구리 드럼 또는 롤러가 사용되며, 이는 부가적으로 적절하다면 냉각될 수 있다. 구리 드럼은 바람직하게는 10?40 m/s, 특히 20?30 m/s의 표면 속도로 회전된다. 구리 드럼 상에서, 액체 조성물이 바람지갛게는 10²?10⁷ K/s의 속도로, 보다 바람직하게는 10⁴ K/s 이상의 속도로, 특히 0.5?2×10⁶ K/s의 속도로 냉각된다.

단계 a)의 반응처럼, 용융 방사도 역시, 감압 하 또는 불활성 가스 분위기 하에서 수행될 수 있다.

용융 방사는 고처리 속도로 수행되는데, 후속 소결 및/또는 열처리가 단축될 수 있기 때문이다. 특히 산업적 규모에서, 금속계 물질의 생산이 유의하게 보다 경제적으로 실현될 수 있다. 분무-건조가 또한 고처리 속도를 이루게 한다. 특히 바람직하게는 용융 방사를 수행하는 것이다.

다르게, 단계 b)에서, 분무 냉각이 수행될 수 있는데, 여기서는 단계 a) 유래 조성물의 용융물을 분무 타워에 분무한다. 분무 타워는 예를 들면, 부가적으로 냉각될 수 있다. 분무 타워에서는, 흔히 냉각 속도가 10³?10⁵ K/s 범위, 특히 약 10⁴ K/s 범위이다.

고체의 소결 및/또는 열처리는 단계 c)에서 실시되는데 바람직하게는 먼저 800℃?1400℃의 온도 범위에서 소결된 후 500℃?750℃의 온도 범위에서 열처리된다. 이러한 값은 특히 성형체에 적용되고, 반면 보다 낮은 소결 및 열처리 온도가 분말에 대해 적용될 수 있다. 예를 들면, 소결은 500?800℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 성형체/고체의 경우, 소결은 보다 바람직하게는 1000?1300℃ 범위의 온도에서, 특히 1100?1300℃ 범위의 온도에서 실시된다. 열처리는 예를 들면, 600℃?700℃에서 실시될 수 있다.

소결은 바람직하게는 1시간?50시간의 기간 동안, 보다 바람직하게는 2?20시간, 특히 5?15시간 동안 수행된다. 열처리는 바람직하게는 10?100 시간 범위의 기간 동안, 보다 바람직하게는 10?60시간 동안, 특히 30?50시간 동안 수행된다. 정확한 기간은 물질에 따른 실제 요건에 따라 조정될 수 있다.

용융 방사 공정을 이용하는 경우, 흔히 소결을 생략하는 것이 가능하며, 열처리는 유의하게, 예를 들면 5분?5시간, 바람직하게는 10분?1시간으로 단축될 수 있다. 통상 소결에 10시간 및 열처리에 50시간이 걸리는 것과 비교하여, 이러한 결과는 주요한 시간적 장점이다.

소결/열처리는 입자 경계의 부분 용융을 일으켜서, 이 물질이 더욱 조밀해진다.

본 발명의 금속계 물질은 바람직하게는 상기 기술된 바와 같이 자기 냉각에 사용된다. 해당 냉장고는, 마그넷 이외에도, 바람직하게는 상기 기술된 바와 같은 금속계 물질, 영구 마그넷을 갖는다. 컴퓨터 칩 및 태양열 발전기도 선택사항이다. 추가의 사용 분야로는 열 펌프 및 에어 컨디셔너 시스템, 및 또한 제너레이터가 있다.

자기열량 물질이 자기장에 도입되는 경우, 자기열량 물질이 존재하는 영역 상에 자기장이 농축되는 것이 바람직하다. 따라서, 자기열량 물질은 본 발명에 따라, 반자성 물질에 의해 둘러싸일 수 있다(자기장선에 대해 직각인 말단면은 제외). 또한, 예를 들면 반자성 물질의 로드를 자기열량 성형체 내 상응하는 세로 보어에 도입하여, 로드가 자기장선에 평행하게 하는 것도 가능하다. 이는 자기열량 물질 내 자기장선 밀도를 증가시킨다.

Claims

상자성 물질이 도입되는 자기장에서 상자성 물질에 자기장선을 집속하기 위한 포커서(focuser)로서 반자성 물질의 용도.
제1항에 있어서, 상자성 물질은 자기장선에 실질적으로 평행한 반자성 물질에 의해 둘러싸이는 것인 용도.
제1항에 있어서, 상자성 물질은 자기장선을 실질적으로 따라서 반자성 물질의 내포물(inclusions)을 포함하는 것인 용도.
제1항에 있어서, 상자성 물질이 자기장으로 도입되는 공간은 자기장선에 실질적으로 평행한 반자성 물질에 의해 둘러싸이는 것인 용도.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상자성 물질은 자기열량 물질인 용도.
제5항에 있어서, 자기열량 물질은
(1) 하기 화학식 (I)의 화합물:
(A_yB_y _-1)_2+δC_wD_xE_z (I)
(상기 식에서,
A는 Mn 또는 Co이고,
B는 Fe, Cr 또는 Ni이며,
C, D, E는 C, D 및 E 중 2 이상은 서로 상이하며, 비소실 농도(non-vanishing concentration)를 갖고, P, B, Se, Ge, Ga, Si, Sn, N, As 및 Sb에서 선택되며, C, D 및 E 중 1 이상은 Ge, As 또는 Si이고,
δ는 -0.1?0.1의 범위이며,
w, x, y, z는 각각 0?1의 범위이고, w+x+z = 1임);
(2) 하기 화학식 (II) 및/또는 (III) 및/또는 (IV)의 La계 및 Fe계 화합물:
Le(Fe_xAl₁ _-x)₁₃H_y 또는 La(Fe_xSi₁ _-x)₁₃H_y (II)
(상기 식에서,
x는 0.7?0.95이고,
y는 0?3임)
La(Fe_xAl_yCo_z)₁₃ 또는 La(Fe_xSi_yCo_z)₁₃ (III)
(상기 식에서,
x는 0.7?0.95이고,
y는 0.05?1-x이며,
z는 0.005?0.5임)
LaMn_xFe₂ _- _xGe (IV)
(x는 1.7?1.95임); 및
(3) MnTP 유형의 호이슬러 합금(여기서, T는 전이 금속이고 P는 7?8.5의 원자당 전자 계수 e/a를 갖는 p-도핑된 금속임)
에서 선택되는 것인 용도.
제6항에 있어서, 자기열량 물질은 Mn, Fe, P 및 경우에 따라 Sb, 및 부가적으로 Ge 또는 Si 또는 As 또는 Ge 및 As 또는 Si 및 As, 또는 Ge, Si 및 As를 포함하는 화학식 (I)의 4급 이상의 화합물에서 선택되는 것인 용도.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 반자성 물질은 플라스틱, 목재, 금속 산화물, 세라믹, 가죽, 직물 또는 이의 혼합물에서 선택되는 것인 용도.
열 담체 매질이 통과하는 채널, 및 자기장에 도입하기 적절한 형태를 구비한, 냉각기, 열 펌프 또는 제너레이터를 위한 자기열량 물질을 포함하는 성형체로서, 자기장선에 실질적으로 평행한 표면에서 반자성 물질에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것인 성형체.
열 담체 매질이 통과하는 채널, 및 자기장에 도입하기 적절한 형태를 구비한, 냉각기, 열 펌프 또는 제너레이터를 위한 자기열량 물질을 포함하는 성형체로서, 자기장선 방향으로 반자성 물질의 내포물을 갖는 것인 성형체.