论文部分内容阅读
磁制冷技术由于具有高制冷效率和环境友好型等优点,使材料的磁热效应成为当前世界各国竞相研究的热点。一级磁相变材料因其具有巨磁热效应的优点被广泛的研究,但是存在滞后的缺点。因此,本文考虑到滞后对一级相变磁致冷材料磁热效应的影响,对影响一级相变磁致冷材料Fe-Rh合金的相关因素和R3TM（R=稀土元素,TM=过渡金属元素）做了深入的研究。本研究取得了一些有价值和创新性的结果,达到了预期目标。主要获得了以下几个方面的重要结论:1.系统研究了FeRh0.98Al0.02合金不同颗粒大小对该合金的结构、磁性、滞后和磁热效应的影响。粉末X射线衍射分析表明,小颗粒合金为单相立方Cs Cl-型B2结构的有序FeRh相,大颗粒样品包含两个相同结构的、化学有序的、晶胞参数略有差异的立方Cs Cl-型B2结构的FeRh相。不同颗粒大小对应的反铁磁态-铁磁态的相转变温度有差异,小颗粒状和大颗粒合金的相转变温度分别为275和308K,热滞后分别为20和16 K,滞后的差异是合金中成分分布不均匀。小颗粒合金的磁熵变3.1 J/kgK（0-3T）略大于大颗粒合金2.7 J/kgK（0-3T）,其制冷量恰恰相反,小颗粒合金的制冷量RC为120 J/kg,低于大颗粒合金的制冷量185 J/kg。基于以上的研究可知,对Fe-Rh基合金的任何研究都必须详细制定实验方案,所有结果必须在对应的颗粒大小下解释说明。2.通过对FeRh0.95Pd0.05合金的结构、磁性、滞后及磁热效应的介绍,确定了FeRh0.95Pd0.05合金是由三个物相组成,AFM态的有序相α’、FM态的有序相α’和少量的bcc-W型结构Fe15.7Rh相,磁性数据表明,该合金具有非常明显的滞后,大小为30 K,这主要是成分分布不均匀。FeRh0.95Pd0.05合金的最大磁熵变在外加磁场3T下达到16.6 J/kgK,由于较宽的半高宽,制冷量RC高达1347 J/kg。3.采用新的制备方式-放电等离子体烧结制备Fe-Rh合金,通过调整工艺（烧结温度、烧结压力、热处理时间和成分）来研究Fe-Rh合金的结构、磁性和热滞后。结果发现Fe49Rh51合金更容易获得均匀的反铁磁有序相,获得小滞后为1 K和5 K。Fe50.5Rh49.5合金通常会出现不同磁性状态的化学有序相,即富Fe的铁磁有序相和Fe:Rh接近1:1的反铁磁有序相。本研究发现不同磁有序的物相在晶胞参数上的差异可以在X射线衍射谱上反映出来并加以区分。4.Gd3Ru1-xCox（x=0.05,0.10,0.15）合金,通过Co元素替代Ru元素,发生一级相变的居里温度在60～84 K范围内可调节,并且保持大的磁熵变和无滞后。Gd3Ru1-xCox（x=0.05,0.10,0.15,0.20）合金在外加磁场5 T下,磁熵变大小分别为25.8,23.1,19.4,和10.8 J/kgK。当x=0.20时,相变类型变为二级相变。Gd3Ru合金发生铁磁-顺磁的相变时,发现发生相变前后物相结构无变化,体积发生了微小的变化,仅为0.089%,被定义为磁弹性一级相变材料。5.研究发现多晶Ho3Rh和Ho3Ru化合物的磁性不同于同一体系的Gd3Ru化合物,没有表现出无滞后、大磁热效应,而是表现出较为复杂的磁性变化。结果表明,多晶Ho3Rh和Ho3Ru这两种化合物很难获得单相结构。对于一级磁相变Ho3Rh合金,在低温4 K和10 K,当外加磁场小于20 kOe时,出现磁滞后现象。当温度高于20 K时,磁滞后消失。而多晶Ho3Ru合金中只观察到一个转变温度点14 K。在相同的外加磁场下5 T,Ho3Rh合金的磁熵变（10.0 J/kgK）大于Ho3Ru合金的磁熵变（5.1 J/kgK）,Ho3Ru合金中因其含有合适的Ho5Ru2和Ho3Ru相比例以及合适的相转变温度,产生了桌面型磁热效应。