室温磁致冷材料锰锗，锰锗硅，锰锗锑系列合金磁热效应的研究

摘要

由于氟里昂对生态环境产生严重的危害,所以开发一种全新的室温制冷技术来取代传统的制冷技术,已经受到世界各国的重视.借助磁性材料的磁热效应,而研制的磁致冷技术以其高效,节能,无环境污染等特点,成为目前关注的热点.该文主要研究锰锗系列合金在低磁场下(1.3T)的磁热效应.在此篇论文中,对锰锗,锰锗硅,锰锗锑合金的铸态及粉末样品进行了对比与研究.首先,通过高频真空悬浮炉和行星式高能球磨机制备Mn<,5>Ge<,3>,Mn<,5>Ge<,3-x>Si<,x>(X=0.2,0.5,1.5)系列合金以及Mn<,5>Ge<,3-x>Sb<,x>(x=0.1,0.2,0.5)系列合金的铸态及粉末样品;然后利用自制的△T<,ad>-T曲线测量仪直接测量三组不同系列合金铸态及粉末样品在低磁场下的磁热效应;借助X-射线衍射分析技术,分析研究成分和高能球磨对合金磁热效应的影响及可能存在的原因.对锰锗,锰锗硅,锰锗锑三种合金材料的研究发现,硅元素的加入使材料的居里温度下降,且材料的磁热效应与随硅元素含量的增加而下降;锑元素的加入使材料的居里温度升高,而材料的磁热效应随锑元素含量的增加而下降.对于大量固态磁致冷材料的研究表明,目前还没有任何一种金属或合金在低磁场下,室温附近的磁热效应超过金属钆.因此,我们提出开发具有磁热效应的磁液体的方案.根据理论推倒,当磁致冷材料颗粒达到一定粒度时,出现超顺磁性,并且可能放大材料的磁热效应.对经机械球磨后锰锗系列合金的研究表明,由于材料在球磨过程中受长时间,周期性机械力作用,而产生晶格扭曲,导致材料磁热效应的下降.为使合金粉末的磁热性能达到试验用样机磁液体的要求,我们用热处理的方法恢复合金粉末的晶格扭曲,使合金粉末的磁热效应回升.实验表明制定合适的热处理工艺可以使扭曲的晶格得到恢复,同时合金粉末的磁热效应也得到回升.

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1磁致冷概述

1.1磁致冷的概念与基本原理

1.2磁致冷的发展状况

1.3磁致冷技术的应用前景

1.4磁致冷技术目前存在的困难

1.4.1磁致冷材料方面的困难

1.4.2热交换技术方面的困难

2磁致冷材料

2.1磁致冷材料的性能参数

2.2磁致冷材料的设计原则

2.3磁致冷材料的分类

2.3.1极低温磁致冷材料(Tc＜20K)

2.3.2中温磁致冷材料(20K＜Tc＜77K)

2.3.3高温磁致冷材料(Tc＞77K)

2.4磁致冷材料的最新进展

3磁致冷材料的磁热效应

3.1磁致冷材料磁热效应(MCE)的测量

3.1.1直接测量法

3.1.2间接测量法

3.2稀土元素及其合金的磁热性质

3.2.1稀土钆

3.2.2其他稀土元素

3.2.3钆铽合金

3.2.4钆镝合金

3.2.5钆锑铋合金

3.2.6钙钛矿型化合物的磁热性质

3.2.7具有巨磁热效应(GMCE)的磁致冷材料

3.2.8课题组的部分研究成果

4

4.1实验设备

4.1.1冶炼设备

4.1.2制粉设备

4.1.3热处理设备

4.1.4△Tad-T曲线测量仪

4.1.5 X射线衍射仪

4.1.6粒度分析仪

4.2实验方法

4.2.1冶炼

4.2.2球磨

4.2.3热处理

4.2.4测量

5合金块状样品

5.1锰锗锑合金

5.1.1样品的制备

5.1.2分析与讨论

5.2锰锗硅合金

5.2.1样品的制备

5.2.2分析与讨论

6.粉末样品

6.1样品制备

6.2 Mn5Ge3合金

6.3 Mn5Ge2.8Sb0.2合金

6.3小结

7.Mn5Ge2.8Sb0.2合金粉末样品的热处理

7.1 Mn5Ge2.8Sb0.2合金粉末样品不同温度相同时间的热处理

7.2 Mn5Ge2.8Sb0.2合金粉末样品600℃不同时间的热处理

7.3小结

结 论

参考文献

致 谢