Mn2Sb和MnCoGe基合金磁相变调控及磁热性质研究

摘要

磁制冷是一种利用材料的磁热效应进行制冷的新型制冷技术，相比于传统气体压缩制冷，因其绿色环保、高效节能等优点而备受关注。在众多磁相变合金材料中，Mn基合金具有巨磁热效应，且成本低廉、制备工艺简单，是室温磁制冷的最佳候选材料之一。根据磁性分类，亚铁磁也属于强磁态，但是目前人们对Mn基材料的一级磁相变研究大多还集中在铁磁相变合金，对亚铁磁相变合金的研究甚少。另外，作为铁磁相变合金，块体的 MnCoGe基合金经过多次热/磁循环后极易碎成粉末，而条带相对稳定，并且只需要很短时间退火处理即可成相，同时磁性能也很优异。因此本文主要研究了Mn2Sb基亚铁磁相变合金和MnCoGe基铁磁相变合金条带的制备、磁相变调控及磁热性质。
　　本文采用高真空电弧熔炼的方法成功制得Mn2-xCoxSb(x=0.15,0.20)和Mn2-xCrxSb0.95In0.05(x=0.05,0.09,0.13)合金铸锭。实验表明，该两类合金在室温附近均以四角Cu2Sb类型结构为主相，同时存在少量的MnSb第二相。3d金属原子Co和Cr对Mn的取代使得Mn2Sb基合金在低温下出现了反铁磁态，并在温度或磁场的诱导下发生了反铁磁到亚铁磁的一级磁相变，随着取代量的增加，其相变温度Tt逐渐升高。在0-10 kOe磁场变化下，测得Mn2-xCoxSb(x=0.15,0.20)合金最大磁熵变分别为3.4，1.8 Jkg-1K-1，Mn2-xCrxSb0.95In0.05(x=0.05,0.09,0.13)合金最大磁熵变分别为0.95，1.63，1.29 Jkg-1K-1。在温度诱导下。Mn2-xCoxSb和Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金在亚铁磁区域都发生了自旋重取向相变，其中Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金有两个自旋重取向相变，由于在自旋重取向相变过程没有热滞出现，因此属于二级性质。另外，In对Sb的取代对Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金的磁性几乎没有影响，但少量In的掺杂（0≤y≤0.05），可抑制部分MnSb第二相的生成。
　　另外，通过熔体快淬的方法成功制备出了Mn1-xCrxCoGe(x=0.01,0.015,0.02,0.03)合金条带。正分的 MnCoGe合金在室温下是一个共线的铁磁体，具有正交TiNiSi类型结构，居里温度TC~345 K，在Tt~650 K会发生一个从低温正交TiNiSi相到高温六角的Ni2In相的结构相变。过渡金属Cr的取代，有效地降低了MnCoGe合金的结构相变温度，在x=0.02的退火条带中，在~321 K的温度下，发生了铁磁TiNiSi相到顺磁Ni2In相的一级磁结构相变，伴随剧烈的磁化强度突变。当x增大到0.03时，磁结构相变解耦，其相变为二级性质。在相变附近，变化磁场为0-20 kOe下，Mn0.98Cr0.02CoGe退火合金条带的最大磁熵变值高达9.7 Jkg-1K-1，值得一提的是该材料在低场下的磁滞损耗非常小，平均磁滞损耗仅占制冷能力RC的0.7％，完全可以忽略。在一级磁相变合金中同时获得大的室温磁熵变和小的磁滞损耗对磁滞冷的实际应用有着很重要的意义。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 固态相变简介

1.3 磁制冷的基本原理

1.4 磁性相变合金的研究进展

1.5 本课题的研究意义和主要内容

第二章 样品的制备和性能表征

2.1 实验仪器与设备

2.2 样品制备

2.3 结构和性能表征

第三章Mn2-xCoxSb (x=0.15, 0.20)合金的磁和磁热性质研究

3.1 引言

3.2 样品的制备和表征

3.3 实验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 Mn2-xCrxSb0.95In0.05合金的磁和磁热性质研究

4.1 引言

4.2 样品的制备和表征

4.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

第五章 Mn1-xCrxCoGe合金条带磁相变的调控及其磁热性质

5.1 引言

5.2 样品的制备和表征

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及专利

致谢

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