磁热材料LaCeFeSi和NiMnSn磁熵变性能研究

摘要

21世纪是绿色、高效、安全等高新技术应用的时代,磁制冷技术是利用磁性材料的磁热效应,通过磁化和去磁实现吸热放热而达到制冷目的,因此它不会产生气体压缩制冷的破坏臭氧等危害。磁制冷独特的无污染、低噪声、高效率等优点将使其成为未来最有发展前景的一种制冷技术。寻找具有大磁熵变的磁热材料做为制冷工质是开发这一技术的主要课题。
　　 本论文从磁制冷材料原理出发,介绍了磁制冷材料的发展历史,解释了相关的一些理论基础,再介绍了材料的制备、热处理、结构测量、磁性测量方法等,对所得结果进行分析,摸索出了磁热材料的居里温度、相变温度和磁热效应的一系列变化规律。具体的研究工作有:
　　 (1)采用高真空电弧熔炼法制备La0.8Ce0.12Fe11.4-xMxSi1.6(M=Mn,Cr,Ni)系列合金在1373 K真空退火5天后淬火,得到了NaZn13结构。磁测量结果表明,Mn原子替代Fe能够在制冷能力基本保持一致的前提下,实现制冷温区的拓宽和居里温度的降低；Cr原子替代使得该合金在2 T外场下就达到了106 J/kg.K的最大磁熵变。Ni取代使合金由一级相变向二级相变转变,提高了居里温度并使热滞和磁滞几乎降为零。
　　 (2)利用高真空电弧熔炼法制备了Heusler合金Ni43Mn46VxSn11,Ni43Mn46SnHSix,Ni43Mn46Sn11Alx,合金在1173 K下保持2天后淬火,得到L21相。实验结果表明:该系列合金在温度下降后发生奥氏体和马氏体结构相变,相变温度随V添加后降低,但磁热效应显著增大,在3 T外场下Ni43Mn46V1.5Sn11的制冷能力为164.2 J/kg,平均磁滞损失只有12.0 J/kg。Si原子添加使相变温度降低,但是存在磁滞的温区变窄,磁滞损失总能力减少。Ni43Mn46Sn11Al0.6合金的居里温度增加到202.5 K,3 T场下最大磁熵变也增加到23.6 J/kg.K,达到相变温度和制冷能力的双重提高。
　　 (3)利用高真空电弧熔炼正常5天淬火和熔炼后铜模吸铸短时退火制备La0.8Ce0.2(FeSi)13。对比发现,铜模吸铸方法的样品晶粒结构较好,温区较宽,制冷能力优于传统方法,同时节省了大量时间和能量。采用铜模吸铸短时退火技术制备的La0.8Ce0.2(FeSi)13Bx合金能提高居里温度,降低热滞磁滞,弱化合金的一级相变,对磁热材料的实际应用十分有利。

目录

文摘

英文文摘

中文文摘

绪论

第一章磁熵变材料理论基础

第一节磁性理论基础

第二节磁制冷循环热力分析

第三节磁制冷选择材料的依据

第四节磁性材料的循环特点

第五节室温磁制冷样机进展

第二章样品制备及结构性能表征

第一节实验制备

第二节晶体结构分析

第三节样品成分和表面结构分析

第四节磁性测量和磁熵变计算

第三章La0．8Ce0．2(FeSi)13系列合金的磁熵变

第一节前言

第二节实验过程

第三节 La0．8Ce0．2Fe11．4-xMnxSi1．6合金的磁熵变性能讨论

第四节 La0．8Ce0．2Fe11-xCrxSi1．6合金的磁熵变性能讨论

第五节 La0．8Ce0．2Fe11．4-xCrxSi1．6合金的磁熵变性能讨论

第六节本章小结

第四章 Heusler合金Ni43Mn46Sn11系列材料的磁熵变性能

第一节前言

第二节实验部分

第三节Ni43M46-xVxSn11合金的结构和磁热性能讨论

第四节Ni43Mn46Sn11Six合金的磁性能和磁热效应

第五节Ni43Mn46Sn11Alx合金的磁相结构和熵变

第六节本章小结

第五章 吸铸La0．8Ce0．2(FeSi)13磁熵变研究

第一节引言

第二节实验过程

第三节常规熔炼退火与吸铸短时退火La0．8Ce0.2Fe11．4Si1.6的磁性能

第四节 吸铸短时退火La0．8Ce0．2Fe11．4Si1．6Bx磁热性能研究

第五节本章小结

第六章结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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