（凝聚态物理专业论文）磁热材料lacefesi和nimnsn磁熵变性能研究.pdf

攀 ： 。i l a b s t r a c t a b s t r a c t t h e2 1 髓c e n t u t yi sag r e e n , h i g h l ye f f e c t i v e ，s a f eu t i l i z a t i o no fh i g h - t e c ht i m e t h e m a g n e t i cr e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g y m a k e su s eo fm a g n e t o c a l o r i ee f f e c to fm a g n e t i c m a t e r i a l s ，a c h i e v i n gc o o lb yd e c a l e s c e n c ea n de x o t h e r m i cr e a c t i o ni nm a g n e t i z a t i o na n d d e m a g n e t i z a t i o np r o c e s s i tw o u l dn o tr e l e a s ea n yh a r m f u lg a s e sw h i c hm a yd e s t r o y o z o n e s p e c i a lh a r m l e s s ，l o wn o i s e ，h i g h l ye f f i c i e n c ym a k e s i tw o u l db eo n eo ft h em o s t p o t e n t i a lr e f r i g e r a t i o nt e c l m o l o g e si nf u t u r e l o o k i n gf o rm a g n e t o c a l o r i cm a t e r i a l sw i t h l a r g em a g n e t i ce n t r o p yc h a n g ei st h ek e y o fe x p l o i t u r et h et e c h n o l o g y h lt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ee x p l a i n e dt h ep r i n c i p l eo fm a g n e t i cr e f r i g e r a t i o nm a t e r i a l s ， p r e s e n t e dt h ep h y l o g e n ya n dr e l a t e dt h e o r y t h e n ，s h o w n t h ep r e p a r a t i o n , h e a tt r e a 恤e n t s t m c t u r ea n dm a g n e t i cm e a s u r e m e n ta n ds oo n a f t e ra n a l y s i n gt h er e s u l t s ，w ec a m e t oa c o n c l u t i o na b o u tc u r i et e m p e r a t u r e ，p h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e ，m a g n e t o c a l o r i ce f f e c t t h ei n c e s t i g a t i o nd e t a i l sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： f i r s t l y ，p o l y c r y s t a l l i n e m a t e r i a l so fl a o s c e 0 2 f e lt ，4 _ x m x n i l 6 ( m _ m n ，c r , n i ) w e r e p r e p a r e di nh i g hv a c u u m a r cm e l t i n gf u m a c e t h ea l l o y sw e r ea n n e a l e da t13 7 3k f o r5 d a v sa n dq u e n c h e di nc o o lw a t e r t h e nn a z n l 3p h a s ew a so b t a i n e di na l 】a l l o y s t h e m a g n e t i cm e a s u r e m e n ts h o w nt h a t ，t h es u b s t i t u t i o no fm n a t o m sf o rf eo n e sc o u l da t t a i n t h ec o n s t a l l tr e f r i g e r a t i o nc a p a c i t y , w i d e nt h er a n g eo fr e f r i g e r a t i o nt e m p e r a t u r e a n d d e c r e a s ec u r i et e m p e r a t u r e t h er e p l a c e m e n to fc r a t o m si n c r e a s e dt h ea l l o y sm a n g n e t i c e n t r o p yc h a n g et o10 6j k g ki n2tm a g n e t i cf i e l d i nt h ea l l o y sf o rn i i np l a c eo ff e ，t h e d h a s et r a l l s f e r e df r o mf i r s t - o r d e rt os e c o n d - o r d e r c u r et e m p e r a t u r ew a si m p r o v e d ， w h i l et h e r m a ll a ga n dm a g n e c i th y s t e r e s i sw a sd e c r e a s e dt o0 s e c o n d l y t h e t t e u s l e r a l lo y so fn i 4 3 n f l h t r v x s n n ，n h 3 m n 4 6 s n ns i x a n d n i 4 3 6 s n l l a l xw e r ep r e p a r e db yh i g hv a c u h ma r cm e l t i n gf u r n a c e t h ea l l o y s 眦 a n n e a l e di n117 3k f o r2d a y sa n dq u e n c h e di nc o o lw a t e r t h er e s u l t ss h o w nt h a t ，t h e s e r i e sw e r el 2 ，p h a s es t r u c t r e i nt h ec o o l i n gp r o c e s s ，a l l a l l o y sw o u l du n d e r 9 6s 扛u c t w e t r a n s i t i o nb e t w e e na u s t e n i t ea n dm a r t e n s i t e t h es u b s t i t u t i o no fv f o rm n ，d e c l i n e dt h e p h a s e 仃a n s i o nt e m p e r a t u r e ，b u ti m p r o v e dm a g n e t o c l o r i ce f f e c t u n d e r3t e x t e r n a lf i e l d , r e f r i g e r a t i o nc a p a c i t yo fn i 4 3 m n 4 6 v j 5 s n l , w a s 16 4j k g ，o n l yi n c l u d i n gal i t t l ea v c m g e i i ， 喝 j 一 3 一 - 福建师范大学硕士学位论文 m a g n e t i ch y s t e r e s i sl o s so f12 0j k g t h ea d d i t i o no fs ia t o m sd e p r e s s e dt h ep h a s e t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ea n dt h es p a n so fh y s t e r e s i st e m p e r a t u r e s t h e nh y s t e r e s i sl o s s c a p a c i t y w a sr e d u c e dt oal o wv a l u e i nt h ea l l o y so f a 1 i n t r o d u c i n g ，t h e n h 3 m n 4 6 s n l l a l o 6a l l o yi m p r o v e dp h a s et r a n s i t i o nt e m p e r a t u r et o 2 0 2 5k t h em o s t m a g n e t i ce n t r o p yc h a n g ew a s2 3 6 j k g k w o r k i n gt e m p e r a t u r e sa n d m a g n e t i ce n t r o p y c h a n g ew e r ee n h a n c e da tt h es a m e t i m e t h i r d l y , l a o s c e o 2 f e l l 4 s i l 6a l l o y sw e r ep r e p a r e di nh i g h v a c u u ma r cm e l t i n gf u l n a c e b yt w od i f f e r e n tm e t h o d s ，o n ei sa r c m e l t i n ga n ds u b s e q u e n t l ya n n e a l e df o r5d a y s ，a n d t h eo t h e ri sr a p i dq u e n c h i n gb yc o p p e rm o u l dc a s t i n ga n ds u b s e q u e n t l ya n n e a l e df o r2 h o u r s i nc o m p a r i n g ，s a m p l e so b t a i n e dg o o dg r a i ns t r u c t u r e ，w i d et e m p e r a t u r es p a n s ，b i g r e f r i g e r a t i o nc a p a c i t y , w h i c hp r e p a r e db yc o p p e rm o u l dc a s t i n g i n a d d i t i o n ，c o p p e r m o u l dc a s t i n gw i l ls a v em u c ht i m ea n de n e r g y l a 0 8 c e 0 2 f e l l 4 s i l 6 b xw e r ep r e p a r e db y c o p p e rm o u l dc a s t i n g t h er e s u l t se x h i b i t e dh i g hc u r i et e m p e r a t u r e ，l o wh y s t e r e s i sl o s s ， w e a kf i r s t o r d e rp h a s et r a n s i t i o n i ti sg o o df o rt h ea p p l i c a t i o n o fm a g n e t o c a l o r i c m a t e r i a l s k e y w o r d s ：m a g n e t o c a l o r i ce f f e c t ；c u r i et e m p e r a t u r e ；r e f r i g e r a t i o nc a p a c i t y ；m a g n e t i c e n t r o p yc h a n g e ；t h e r m a ll a g ；h y s t e r e s i s ；p h a s et r a n s i t i o n ； h i 一 ，- 中文文摘 中文文摘 制冷技术在现代社会的生活与生产领域都有着广泛的应用，如生活中的冰箱， 空调制冷，工业上的制氮，制氢，低温冷却等。随着人们环保意识的增强，传统的 气体压缩制冷技术已不能满足未来的需求，磁制冷技术由于其环保，高效，节能， 能耗低，性能稳定等优势得到了广泛的关注。磁制冷技术作为种绿色的高新技术， 不依靠气体压缩和膨胀使工质相变制冷，只需依靠磁性材料的磁热效应，通过磁化 和去磁的吸热放热实现制冷，因此磁制冷技术的核心就是磁热材料的研究。 自从1 8 8 1 年e w a r b u g 发现了f e 的热效应后，材料的磁热效应研究不断得到 发展。到了2 0 世纪，人们首先在金属g d 中发现了可以应用于室温制冷的磁热效应， 并且在1 9 7 6 年世界上第一台磁制冷机在美国n a s a 的l e w i s 研究中心问世，极大 地推动了室温磁制冷材料的发展，此后磁热材料如雨后春笋被发现，如g d s ( s i x g e l x ) 4 ， l a ( f e s i ) 1 3 ，m n f e p o 4 5 a s o 0 5 ，m n a s l x s b x ，n i - m n g a ，n i - m n m ( g a ，i n ，g e ，s n ，s b ) 等。为 了适应磁制冷民用化的要求，室温低场下具有大磁熵变的磁热材料正在世界范围内 被广泛研究探索。 本文采用高真空电弧熔炼的方法制备了目前最热门的两种磁熵变材料l a f e s i 和 n i m n s n 合金，这两种材料都具有原材料价格低，低场磁熵变大，工作温度较高， 磁热性能可调等优点。我们利用原子取代和添a n d , 原子的方法研究了对这两种材料 结构、磁性、居里温度( 相变温度) 和磁熵变性能的影响等，并且在制备和退火工 艺上创新，提高磁热合金的制备效率和材料性能，取得了一些显著的成果。论文的 主要内容如下： 首先是绪论部分，主要介绍了磁制冷技术的可能应用领域，磁热效应的原理， 磁制冷材料的发现、发展历史，低温磁热材料的研究和应用，室温磁热材料的研究 与现状，本课题的研究背景、意义和本论文的主要内容。 第一章，介绍了磁熵变材料的理论基础。包括磁热材料的磁性来源，磁制冷循 环的热力学分析，磁制冷研究材料的选择依据，磁制冷技术的循环特点以及室温磁 制冷机的研究进展。 第二章，介绍了本论文中采用的磁热材料制备方法及性能表征。其中第一部分 是制备仪器介绍，制各方法，热处理；第二部分是样品结构的x r d 表征，样品成分 i v 妒 灞电 专 福建师范大学硕士学位论文 测定和表面微结构的分析；第三部分是样品的磁性测量，磁熵变测量方法和计算方 法