メカニカルアロイングによる磁気冷凍機用Gd系磁性材料の作製

• Project/Area Number: 05750646
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Material processing/treatments
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 上西 啓介 大阪大学, 工学部, 助手 (80223478)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: メカニカルアロイング / Gd合金 / 磁性材料 / 非平衡 / 過飽和固溶体 / ナノ結晶

Research Abstract

クーラーのフレオンガス冷凍機の放出ガスはオゾン層破壊などの環境破壊の主因とわかり、緊急の問題となっている。その対策として従来のガスの高圧膨張過程の代わりに、永久磁石の磁気熱量効果によって動作するクリーンな磁気冷凍機などが考案されている。本研究では磁気冷凍機に供するGd系磁性材料の作製をメカニカルアロイング(MA)法により試みた。キュリー点の僅かずつ異なる磁性材料を多数カスケード接続することで、小磁場でも全体で大きな冷却効果を得ることができる。MAによりGd中に添加元素を固溶させ、キュリー点の異なる磁性材料の作製を試みた。
純AlおよびGd粉末をGd-5at%al、Gd-10at%Alの組成に混合し、振動型ボールミルを用いてMAをな行った。Gdの酸化を防止するためにチャンバー内をアルゴン置換し、粉末のチャンバーへの固着を防ぐために3wt%のアルコールを添加した。MAにより両元素粉末は粉砕混合され均質に合金化した。X線回折およびTEM観察により数十ナノオーダーまで微細化されていた。さらにMAを続けるとX線回折によって純AlおよびGdのピークは完全に消滅し、新しくfccタイプの回折ピークが現われた。今回MAを行なった組成では平衡相はGdとGd_3AlであるのでこのFcc相は準安定的に形成されたものであると考えられる。Fccピーク位置は両組成でFccの固溶体が形成されたとしてベガードの法則より求めた値に一致したことより、fcc過飽和固溶体が形成したことが確認された。得られたFcc固溶体のキュリー温度は、純Gdに比べて低下しており、またAlの量が増加するにつれその温度は低下していたことより、目的とする磁性材料がMAにより作製できることが明かとなった。