磁制冷合金Mn_(1.2)Fe_(0.8)P_(0.76)Ge_(0.24)的相变过程研究

采用放电等离子烧结和机械合金化技术制备了组织致密的Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24磁制冷合金,并对其相变过程进行了研究。结果表明,随着温度的降低和磁场强度的增加,合金均由顺磁相转变为铁磁相,对应熵变值呈增大趋势。     

Mn_(1.35)Fe_(0.65)P_(0.45)Si_(0.55)B_x合金的磁热效应

对Mn1.35Fe0.65P0.45Si0.55Bx(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)合金的结构和磁热效应(MCE)进行了研究。XRD分析结果表明:Mn1.35Fe0.65P0.45Si0.55Bx(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)的合金均为Fe2P型六角结构,空间群为P6-2 m,并随着B元素(原子分数)的增加,晶格常数a增大,c/a减小,晶胞体积V略有减小。磁性测量表明:随着B元素(原子分数)的增加,Curie温度(Tc)从228K升高到315K,热滞(ΔThys)变化不大。0~1.5T外磁场下最大磁熵变(-ΔSmax M)下降,分别为3.6,2.5,2.0,1.7,1.9J/(kg·K)。     

SPS制备Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2Bx化合物磁热性能的研究

利用MA+SPS技术制备Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2Bx(x=0,0.02,0.03,0.04)化合物并对其晶体结构和磁热性能进行研究。XRD分析结果表明:该系列化合物具有六方Fe2P结构。随着B含量的增加晶格常数a和c均发生了明显的变化,导致c/a的值先减小后增大。分别利用DSC和VSM对材料的磁热性能进行了测试,结果表明居里温度TC和熵变均与B的含量存在一个非线性关系,当B的含量为0.02时Mn1.1Fe0.9P0.8Ge0.2B0.02化合物的磁热性能最好,TC从x=0时的253K增加到263K,相应的滞后从23K下降到19K,在0~2T外磁场下的磁熵变从28.7J/kg·K增加到32.6J/kg·K。     

MnFeP_(0.63)Ge(0.12)Si_(0.25)B_x(x=0,0.01,0.02,0.03)化合物的磁热效应

对MnFeP_(0.63)Ge_(0.12)Si_(0.25)B_x(x=0,0.01,0.02,0.03,原子分数)化合物的结构和磁热效应(MCE)进行了研究.XRD分析结果表明:MnFeP_(0.63)Ge_(0.12)Si_(0.25)B_x(x=0,0.01,0.02,0.03)的主相均为Fe_2P型六角结构,空间群为P62m.随着B含量的增加晶格常数a增大c减小,晶胞体积基本保持不变.磁性测量表明:随着B含量由0增加到0.03时,Curie温度(T_C)从300 K升到347 K,热滞分别为20,17,11和6 K.0-1.5 T外磁场下最大磁熵变△S_M分别为14.83,11.41,11.26和11.8 J/(kg·K).     

LaFe_(11.9-x)Co_xSi_(1.1)B_(0.25)合金磁热效应的研究

对所制备的LaFe_(11.9-x)Co_xSi_(1.1)B_(0.25)(x=0.75,0.80,0.85)合金样品,利用直接测量仪测量其绝热温变,利用X射线衍射、扫描电镜、振动样品磁强计等手段研究Co含量对LaFe_(11.05)Co_(0.85)Si_(1.1)B_(0.25)合金磁热效应的影响。结果表明,Co元素的添加可以提高LaFeSi基材料的居里温度,同时降低其磁热性能。随着Co含量的增加,材料的居里温度逐渐升高。     

Gd_3Al_(2-x)Ga_x合金的磁热效应研究

以Gd3Al2作为母相,在其中少量添加Ga元素替代部分Al元素,使其形成Gd3Al2-xGax(x=0.1,x=0.2,x=0.3)系列合金,经过热处理后,通过X射线衍射、扫描电镜、振动样品磁强计测量及直接测量等方法进行研究,实验结果表明:Gd3Al2-xGax(x=0.1,x=0.2,x=0.3)系列合金的晶体结构均为Zr3Al2型,主相为Gd3Al2,还有少量的Gd2Al相和Gd Al相。当x=0.2时,Gd3Al2-xGax合金的绝热温变值为2.7 K,比Gd3Al2高0.7 K,居里温度为277 K。少量添加Ga对磁熵变的提高有一定帮助,但对提高居里温度的作用不明显。     

Mn-Fe-P-Si合金磁热性能的研究进展

作为传统蒸气-压缩技术的潜在替代技术,磁制冷技术因高效、环保而备受关注。磁制冷技术基于磁性材料的磁热效应。磁热材料作为磁制冷机的关键组成部分,其性能制约着磁制冷技术的发展。在磁热材料中,Mn-Fe-P-Si合金由于具有大磁热效应、成本低和磁热性能可调控等优势,被认为是极具发展前景的室温磁制冷材料,受到研究者的广泛关注。本文主要综述了近年来国内外关于Mn-Fe-P-Si合金磁热性能及其调控的相关研究进展,为Mn-Fe-P-Si磁制冷材料的进一步研究提供参考。     

高温热压法制备La(Fe, Si)13Hy系磁制冷材料的磁热性能研究

La(Fe, Si)₁₃H_Y系合金是一种极具发展潜力的室温磁制冷材料,但该材料易粉化,如何成型并保持大磁热效应成为了亟需解决的问题。本文采用中频感应炉熔炼La_0.8Ce_0.2Fe_11.51Mn_0.19Si_1.3母合金并退火,之后制备成粉末。合金粉末在650 ℃, 850 ℃和1050 ℃不同温度下热压成型,将热压块体合金加工成薄片后进行饱和氢化。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、VersLab对样品的相组成、微观结构、磁热性能进行了研究。在1050 ℃下热压样品的孔隙率最低,最大体积磁熵变最高,达到了144.7 mJ/cm^₃?K。1050 ℃热压样品氢化后居里温度提高至室温附近,仍保持了一级磁相变的大磁热效应,且没有裂痕产生,保持了完整性。     

Co1.2Mn0.8B化合物的磁性能与磁热效应

采用球磨和固相烧结相结合的方法制备了Co_(1.2)Mn_(0.8)B化合物,并对其晶体结构、磁性能和磁热效应进行了研究。结果表明,Co_(1.2)Mn_(0.8)B化合物的物相为Co_2B单相结构,具有CuAl2型体心正方晶体结构,空间群为I14/mcm;在居里温度TC=175 K附近,化合物发生了铁磁(FM)-顺磁(PM)二级磁相转变,热滞为0.7 K;Co_(1.2)Mn_(0.8)B化合物在外磁场0～5 T变化下的最大磁熵变ΔSM为1.17 J·(kg·K)~(-1),其对应的温度不随外场的变化而变化。     

Mn_(1.25)Fe_(0.65)P_(0.5)Si_(0.5-x)B_x系列化合物的结构及磁性

研究了Mn_(1.25)Fe_(0.65)P_(0.5)Si_(0.5-x)B_x(x=0,0.01,0.03,0.04,0.06,0.07)系列化合物的结构及磁性。结果表明,该系列化合物均为Fe2P型六角结构,空间群为P-62m;磁性测量表明该系列化合物都经历了一级相变,并且均存在热滞,但热滞都较小,当硼的原子分数为0.07时,热滞最大值为5K。居里温度随着硼含量的增加,呈现升高的趋势,当硼的原子分数为0.07时,居里温度为325K,而化合物的最大磁熵变呈现下降的规律,当硼的原子分数为0.07时,最大磁熵变为2J/(kg·K)。     

LaDy_(0.1)Fe_(11.4)T_(0.1)Si_(1.5)(T=Mn,Fe,Co)合金的磁热效应

使用电弧炉熔炼制备了LaDy0.1Fe11.4T0.1Si1.5(T=Mn,Fe,Co)系列合金。XRD分析表明该系列合金具有NaZn13型立方单相晶体结构,空间群为Fm-3c。磁性测量表明:随着替代原子T原子半径的减小,合金的居里温度(TC)逐渐增大。在外场变化ΔB=1.5T时,该系列合金的最大磁熵变分别为12.3,25.0,11.4J/kg·K。     

掺杂Sn对(La, Ce)(Fe, Al, Si)13 合金磁热效应和相变性质的影响

研究了磁制冷材料La_0.75Ce_0.25Fe_11.5-xAl_0.2Si_1.3Sn_x(x=0,0.05,0.1,0.2)的磁热效应和相变性质。X射线衍射结果表明,随着Sn掺杂浓度的增加,主相1:13相减少,α-Fe和LaFeSi相增加。引入密度泛函理论,结合实验结果得出,增加Sn掺杂浓度能够增大晶格常数,并增强相邻原子之间的交换相互作用,从而提高居里温度。当磁场变化为2 T时,体系中最大磁熵变为13.59 J·kg^-1·K^-1,其相对制冷能力为154 J/kg,具有成为磁制冷材料的潜力。通过Banerjee准则和等温熵变的场相关指数n确定当Sn掺杂浓度为0.05%(质量分数)时,合金由一级相变转变为二级相变。合金的相变行为对Sn含量非常敏感,可以通过调节Sn掺杂浓度,实现多级串联制冷。     

Mn含量对Mn基Heusler合金磁及磁热性能影响

选用Mn基Heusler合金为研究对象。通过电弧熔炼和热处理制备样品,并用甩带法制成薄带形状。采用X射线衍射仪和振动样品磁强计等分析仪器测试了样品的晶体结构、磁及磁热性能,分析了Mn含量对材料晶体结构、磁和磁热性能的影响。研究发现,Mn2-xSn0.5Ga0.5合金在常温下为六方结构,在室温附近仅发生一次二阶磁性转变,无明显磁滞和热滞。居里温度和饱和磁化强度对Mn含量非常敏感,随着Mn含量升高,居里温度和饱和磁化强度均出现下降,由Mn1.2Sn0.5Ga0.5的304 K和64.1 emu/g分别降至Mn2Sn0.5Ga0.5的262 K和46.7 emu/g,这表明合金中的磁矩呈亚铁磁形态分布。由于没有磁滞和热滞,室温附近较大的工作温度区间,因此,该材料在磁制冷领域具有很好的应用前景。     

(La0.57Dy0.1)Sr0.33MnO3多晶纳米颗粒的磁热性能

采用非晶态前驱体的方法在800 ℃的低温下制备出(La0.57Dy0.1)Sr0.33MnO3纳米颗粒,用XRD、HRTEM和MPMS等手段对纳米颗粒的微观结构和磁性能进行研究.XRD和ED分析表明,所有的样品都具有单相钙钛矿结构;通过对样品不同温度下等温磁场的测量和计算,发现在居里温度点(358 K) (La0.57Dy0.1)Sr0.33MnO3纳米颗粒的最大磁熵变随着磁场的增加而增加,即使在5 T磁场下也没有达到饱和;居里温度附近纳米颗粒具有较大的磁热效应和较宽的峰值温度范围,这些良好性能可能和纳米颗粒具有大的表面和界面有关.     

LaMn2Ge2室温附近的磁相变与磁热性能

用非自耗真空电弧炉制备LaMn2Ge2合金,采用X射线衍射研究了合金的结构,LaMn2Ge2在常温下具有ThCr2Si2-型晶体结构,空间群为I4/mmm.利用振动样品磁强计测量合金的磁性能,根据升降温的磁化曲线所确定的合金发生反铁磁-铁磁相变温度有4.3 K的滞后,居里温度约320 K,具有一级相变的典型特征.通过不同温度的磁化曲线结果,计算得LaMn2Ge2在1.43×106A/m外场变化下居里温度附近的最大磁熵变为1.42 J/kg·K.     

熔体快淬LaFe11.85Si1.15合金磁热性能的研究

本文通过电弧熔炼、熔体快淬及后续热处理,制备出了具有大磁熵变和磁滞损耗小的LaFe11.85Si1.15合金薄带。研究了不同热处理工艺对合金薄带物相组成、微观结构演变、磁熵变、居里温度及巡游电子变磁转变的影响。研究发现,不同退火时间对合金的1：13相含量和磁热效应影响显著,其中退火10 h所制薄带的1：13相含量最高,磁熵变最大,其在0-5 T磁场变化下,磁熵变和制冷能力分别可达20.54 J/(kg K)和417.21 J/kg,且具有明显的磁场诱导巡游电子变磁转变现象。而退火时间较短则不利于1：13相的形成,退火时间过长会引起1：13相的分解和a-Fe相含量的增加。     

磁一级相变La(Fe,Si)13基化合物的研究进展

对NaZn13型La(Fe,Si)13化合物在磁性、相变特性及磁熵变规律和制备方法等方面的研究进展进行总结和论述.低Si含量的La(Fe,Si)13化合物具有良好的软磁特性,表现出特殊的磁相变特征:在居里温度处的热诱导一级磁性转变和高于居里温度时的磁场诱导巡游电子变磁性转变,并伴随着巨大的磁熵变和磁致伸缩.随Si含量增高,化合物的这种特殊磁相变特征逐渐减弱,呈现二级相变特征.总结了元素替代和添加对La(Fe,Si)13化合物性能的影响,一定的合金化可以改变居里温度并保持巨大的磁熵变,这对于近室温磁致冷有着重要意义.快速凝固技术的应用解决了化合物合成困难的问题,降低了材料的制造成本,使得NaZn13型La(Fe,Si)13化合物成为最有应用前景的近室温磁致冷工质之一.本文还探讨了这种化合物用做磁致伸缩材料的可能性.     

Er_(2-x)Pr_xFe_(17)化合物的结构与磁熵变

较详细地研究了Er2-xCexFe17化合物的结构、磁性和磁熵变。结果表明,轻稀土Ce的掺入虽然没有明显改变Er2Fe17化合物的相结构及其晶格常数,但改变了Er次晶格与Fe次晶格之间的耦合系数,使仍为Th2Ni17型六方结构的Er2-xCexFe17化合物的居里温度可通过成分微调使其处在室温附近。Er2-xCexFe17化合物的λ形(-?SM)-T曲线表明其在居里点附近发生的相变属于二级相变,它使化合物可在较宽温区范围内保持较大的磁熵变。Er2-xCexFe17化合物在x=0.05~0.1范围内具有较大的磁熵变,其在2.0T和5.0T外场下的最大磁熵变达到金属Gd的40%~50%,且其化学性质稳定、制冷温区宽、价格低廉,是一类性价比较高、应用潜力较大的新型低场室温磁制冷工质材料。     

反钙钛矿结构Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N金属化合物的性能

采用氮气保护气氛下固相烧结法制备出Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N化合物,并对其性能进行了测试。通过多晶粉末X射线衍射进行了结构表征和热膨胀性能测试,结果表明:具有立方反钙钛矿结构的Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N化合物在420~470 K温度范围内表现出负热膨胀性能,其平均热膨胀系数为-13.3×10~(-6)K~(-1)。磁性测试结果表明:Mn_3Ga_(0.503)Ge_(0.497)N化合物在457 K左右发生了顺磁-铁磁的磁性转变。力学性能测试结果表明:其维氏硬度范围为450~480 HV,抗压强度和压缩弹性模量分别为350 MPa和2.48 GPa,是一种高硬度脆性陶瓷材料,可以用来制造具有轻质、刚性、低膨胀和高加工性的器件。     

Mn含量对Mn_(2-x)Sn_(0.5)Ga_(0.5) Heusler合金磁及磁热性能的影响

选用Mn基Heusler合金为研究对象,通过电弧熔炼和热处理制备样品,并用甩带法制成薄带形状。采用X射线衍射仪和振动样品磁强计等分析仪器测试样品的晶体结构、磁及磁热性能,分析Mn含量对材料晶体结构、磁和磁热性能的影响。结果表明,Mn_(2-x)Sn_(0.5)Ga_(0.5)合金在室温下为六方结构,在室温附近仅发生一次二阶磁性转变,无明显磁滞和热滞。居里温度和饱和磁化强度对Mn含量非常敏感,随着Mn含量升高,居里温度和饱和磁化强度均出现下降,由Mn~(1.2)Sn_(0.5)Ga_(0.5)的304 K和64.1 A·m~2·kg~(-1)分别降至Mn_2Sn_(0.5)Ga_(0.5)的262 K和46.7 A·m2·kg~(-1),这表明合金中的磁矩呈亚铁磁形态分布。由于没有磁滞和热滞,室温附近具有较大的工作温度区间,所以该材料在磁制冷领域具有很好的应用前景。