室温磁热效应直接测量仪的研制

简单介绍了室温磁热效应测量仪的工作原理及组成,并且测量了Gd样品的磁热效应T-△Tad曲线,该仪器具有操作简单方便、测量费用低廉等优点,它可以作为室温磁制冷材料研究的重要测量手段,同时也可以解决目前磁制冷材料普遍只研究等温磁熵变的不足的问题.     

磁热效应的直接测量与测量仪器

探讨了磁热效应的两种测量方法———直接测量和间接测量,阐述了这两种测量方法的特点。间接测量需要测量一系列等温磁化曲线和热容,测量时间长,费用昂贵;直接测量是测量样品的绝热温变,简单、方便。研制了室温磁热效应直接测量仪,该测量仪采用NdFeB永磁体作为磁场系统;用该仪器直接测量了室温磁致冷材料在不同温度下的绝热温变,为研究室温磁致冷材料的磁热效应提供了一种简捷、方便的测量仪器。     

La(Fe,Si)13系室温磁制冷复合材料的研究进展

近年来,世界各国都在重视环保、节能减排,与传统的气体制冷相比,磁制冷技术具有高效、环保、节能及不产生破坏臭氧层和温室效应气体等特点。目前磁制冷在中低温领域已经得到了应用,室温附近磁制冷技术仍处于研发阶段,主要包括磁制冷机、磁制冷材料、磁场系统等的研发,其中磁制冷材料是室温磁制冷技术发展的关键。本文以复合材料的角度,论述了极具发展潜力的La(Fe, Si)₁₃系磁制冷材料的研究进展及最新研究成果,通过非金属材料、金属单质及化合物与La(Fe, Si)₁₃系室温磁制冷材料的复合,提高了磁制冷材料的综合性能,使其更适用于在室温磁制冷机上的应用。     

直接测量(Nd1-xCex)2Fe17化合物的磁热效应

用真空高频悬浮炉在氩气保护下熔炼了(Nd1-xCex)2Fe17系材料(x=0.32,0.41,0.60).通过x射线衍射对退火前后的样品进行相结构分析.在磁场H=1.5T条件下,用永磁式室温磁热效应测量仪和VSM直接测量了三个样品的绝热温变 ΔTad及测量并计算了Nd1.18Ce0.82Fe17样品的ΔSm.随着Nd含量的增加,(Nd1-xCex)2Fe17系合金的磁相变温度显著提高,同时,绝热温变ΔTad略有增加,有望成为具有实用价值的室温磁制冷材料.     

稀土基室温磁工质的开发与磁制冷机的研究进展

作为一种固态制冷技术，室温磁制冷技术具有环境友好、能效高、运行可靠等优点，被公认有望替代传统的气体压缩制冷。磁制冷技术利用磁工质的磁热效应和主动式磁蓄冷技术实现制冷，主要集中于具有大磁热效应的磁工质的研发、永磁系统的设计以及换热系统的优化。二十世纪末至今，中国、美国、丹麦、德国、意大利、法国、斯洛文尼亚等国家先后开展了磁制冷方面的相关研究。本研究主要综述了现已在磁制冷机中取得应用的室温磁工质和室温磁制冷机所能达到的性能指标。已取得应用的室温磁工质可分为一级相变材料和二级相变材料，一级相变材料主要指La(Fe, Si)₁₃基化合物，二级相变材料主要是金属Gd及其合金，为室温磁制冷机中普遍采用的磁工质。根据运行方式的不同，室温磁制冷机可分为往复式磁制冷机和旋转式磁制冷机。从运行频率、磁工质、温跨、制冷能力等方面，本研究对比了不同典型的室温磁制冷机的性能。     

纳米室温磁制冷工质材料的研究

简述了室温磁制冷材料的发展历史和纳米技术，概述了磁制冷材料研究的重点。总结了室温磁制冷工质材料具有优良性能的标准，并且给出了从微观、唯象和纳米方面研究室温磁制冷材料的新思路。介绍了纳米技术在室温磁制冷材料研究中的应用，重点讲述了纳米化对室温磁制冷材料的影响，预测了磁制冷材料的发展趋势。     

室温磁制冷研究现状与发展

室温磁制冷技术是一种高效环保的新制冷技术，虽然目前还不太成熟，但是其应用前景十分广阔，有望取代传统的蒸气压缩式制冷方法。本丈简要阐述了磁热效应的原理，并介绍了室温磁制冷的研究现状与发展。     

室温磁制冷材料研究现状及发展前景

对室温磁制冷材料的研究现状进行了概述,重点介绍了Gd-Si-Ge系合金,Heusler合金Ni-Mn-Ga和NaZn13型化合物LaT13(T=过渡族掺少量其他金属)及MnFePAs系过渡金属基化合物,对室温磁制冷材料的研究现状及材料与磁制冷技术的发展前景进行了分析。     

磁制冷材料在不同温度下的M-H曲线测量方法及设备的研究

为了选择合适的磁制冷材料,得到材料的磁热效应,即ΔS-T曲线,必须测出材料在不同温度下的M-H曲线.我们采用脉冲磁场的方式提供测试所需的高磁场,自行研制了符合测试精度要求的M-H曲线测试装置,测试了金属Gd的-50℃～50℃之间的每隔10℃的不同温度下的M-H曲线.     

LaFe11.2Co0.7Si1.1Bx合金在室温区的大磁热效应

从室温磁制冷目的出发,用工业纯原料制备了具有NaZn13型结构的稀土铁基化合物LaFe11.2Co0.7Si1.1Bx(x=0,0.1,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5),并对其磁热效应进行了研究.实验结果表明,LaFe11.2Co0.7Si1.1Bx合金在室温区具有大磁热效应,在x＝0.2时,磁熵变|ΔSm|的峰值位于居里温度TC＝270K处,1.5T外磁场下达到7.3J/kg·K,直接测量绝热温变ΔTad达到2.7K;B元素作为置换原子和间隙原子进入NaZn13相,显著提高了合金的磁熵变和居里温度.     

室温磁热效应直接测量仪的误差分析

简单介绍了室温磁热效应测量仪的组成、工作原理及其优点;用金属G d作为标准样品,用两个不同尺寸的温度传感器,测量了两个大小不同的样品。结果表明,相同条件下测量的数据重复性很好,而不同条件下测量的数据有一些差别,对此进行了分析,发现测量样品时特别是样品较小时,温度传感器的热容以及绝热条件等因素是引起误差的主要原因。     

粉末冶金法制备La(Fe11.05Co0.85Si1.1)B0.25化合物的磁热效应

用非自耗电弧炉熔炼制备了La(Fe<,11.05>Co<,0.85>Si<,1.1>)B<,0.25>铸锭,并将该铸锭在氩气保护中球磨制粉,采用SPS(放电等离子烧结技术SparkPlasma Sintering)将该粉制成La(Fe<,11.05>Co<,0.85>Si<,1.1>)B<,0.25>合金,在高温(1070℃)下对其进行20 h热处理;空冷之后用XRD及SEM检测了铸锭热处理样品、SPS烧结样品及SPS热处理后样品的相及组织结构,利用VSM和磁热效应直接测量仪测量了这3种状态下合金的等温磁熵变和绝热温变.结果表明,铸锭合金的基相组织结构中晶粒大小规则较均匀,晶界清晰明显,在0～1.5 T的变化磁场下测得其等温磁熵变达到-5.22 J·(kg·K)<'-1>-,绝热温变也达到2.3 K,而采用SPS技术制得的样品的基相组织结构中没有明显晶界且夹杂较多,其等温磁熵变为-3.90 J·(kg·K)<'-1>,绝热温变为1.9 K(0～1.5 T);经过热处理的SPS样品基相组织结构中,有少量晶界形成,但晶粒大小不规则,测得其等温磁熵变为-3.72 J·(kg·K)<'-1>,绝热温变为1.5 K(0～1.5 T);与铸锭相比较,SPS技术制得的合金样品和经过高温热处理之后的SPS样品的绝热温变值和等温熵磁变值均降低,同比之下这两种样品较铸锭样品的居里点和半峰宽却发生了改变,均显著提高;可以看出采用SPS技术制备的室温磁制冷材料La(Fe<,11.05>Co<,0.85>Si<,1.1>)B<,0.25>能够在较宽的温度范围内制冷,但其磁热效应却相对降低.     

旋转式室温磁制冷机用永磁磁路

随着室温磁制冷技术的发展,许多具有巨磁热效应的材料被开发出,但多是在高场强的超导磁体中获得的。为应用磁制冷技术到家用空调和冰箱,除了巨磁热效应的磁致冷材料外,设计出高场强的永磁磁路也尤其重要。针对旋转式室温磁制冷机,采用有限元方法设计并制作了具有较高场强的永磁磁路,在磁路工作气隙为20mm时,工作气隙中心的场强的计算值及实测值均高于1.5T,且计算值与实测值基本相符。     

磁制冷技术的新进展

室温磁制冷技术的进步有助于推进室温磁制冷技术的实用化进程,是目前研究的热点。通过列举近几年室温磁制冷技术的一些新进展,诸如千瓦级磁制冷机的开发,拓宽温跨的技术,磁制冷机新分类法以及快速成型技术制作复杂形状磁制冷工质等,这些技术进步将会拓展室温制冷技术的应用领域。     

采用永磁铁的室温磁制冷机实验研究

磁制冷技术是一种潜在具有紧凑、可靠、高效和环保特性的制冷方式。室温磁制冷是一种新兴具有广阔商业化前景的制冷技术,目前在美国、日本、加拿大、西班牙等国家都有相关的研究机构。介绍了一台自行研制的采用钆作为磁工质的室温区磁制冷样机。该样机的运行基于主动式磁回热循环(AMRCycle),采用氦气为传热流体。总质量约1.4kg平均直径小于1.4mm的钆粉平均的填充在两个往复运动进出磁场的回热器中。磁场由1.5T的NdFeB永磁铁提供。该样机结构简单紧凑,通过对工作参数的调节,样机在2.5MPa充气压力和0.62Hz工作频率下获得了10.7K的温跨。     

筒式永磁室温磁制冷机的研制

包头稀土研究院已经研制出新型双筒式室温磁制冷机。每个筒均由两个内外同心嵌套的具有Halbach结构的NdFeB磁场系统组成,最大磁感应强度1.5 T。两内套磁体通过齿轮啮合同步联动运转,实现两工作空间磁场周期变化,并保持相位相反。以金属Gd颗粒作为蓄冷器的制冷工质,零负载条件下达到近18℃的冷热端温差。     

室温磁制冷磁体用量的估算

根据主要的永磁体材料磁化性质和可能的室温磁制冷材料的磁热性质,利用磁路定理并假定了通常使用的循环换热流体的压力差上限来计算磁制冷功率和永磁体体积之间的关系,进而说明室温磁制冷机的制冷量的受约束情况以及实用可能性。通过对两种典型的磁路进行的计算对比,发现在使用高磁场时使用中空圆柱形磁聚焦方式更有效,而在获得低于1T的磁场时普通的救生圈环形磁路更为有效。     

室温磁制冷回热器技术的研究动态

室温磁制冷作为一种高效环保新技术已经成为制冷技术发展的必然趋势。介绍了室温磁制冷回热器最新研究动态。阐述了磁制冷的原理,系统的介绍了室温磁制冷中磁制冷样机、回热器以及热交换技术的发展情况,详细介绍了回热器内多孔材料流动模型。并对一维,二维,三维模型的建立,模拟分析以及数值计算等做了详细的说明。三维模型的分析模拟可以得到详细的温度场、速度场变化,是未来研究的发展方向。对回热器的强化换热技术从填充颗粒,换热流体两个方面进行了分析介绍。综述了在多孔介质流动与传热研究领域的现状,提出了多孔介质流动换热研究新方向。     

Gd4(BixSb1-x)3系列合金在低磁场下的磁热效应

用高频悬浮炉熔炼了Gd4(BixSb1-x)3系列合金,利用X光粉末衍射技术确定其结构。在1.3T的磁场下,利用自制的△Tad-T曲线测量仪直接测量了该系列合金的磁热效应。发现Gd4(BixSb1-x)3系列合金在低磁场下具有较大的磁热效应,通过改变Bi的含量,其居里温度在267K～332K温度之间增加,从而在一个较宽的温度范围内能获得较大的绝热温变。在对退火前后的样品进行△Tad-T测量后,发现其热稳定性很好。实验结果说明Gd4(BixSb1-x)3系列合金是一种性能良好的磁致冷材料。     

不同工艺对LaFe11.9-xCoxSi1.1B0.25(x=0.7,0.8)合金的磁热效应的影响

从室温磁制冷商品化角度出发,用工业纯原料,对用不同工艺(甩带、铸锭)制作的LaFe11.9-xCoxSi1.1B0.25(x=0.7,0.8)合金的磁热效应作了研究.研究结果表明,铸锭样品的磁热效应优于甩带样品,在1.5T磁场下,铸锭LaFe11.2Co0.7Si1.1B0.25样品的温变最大值达到2.6K,对应的温度在-6℃左右.随着Co的加入,居里温度升高,但磁热效应有所降低.