Mn系磁熵变材料的制备及性能研究

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21世纪是高效、洁净和安全利用新能源的高科技时代。在这样的时代,制冷技术起着十分重要的作用,而相对于压缩机制冷的磁制冷技术由于其具有效率高、体积小、无污染和噪声低的特点而倍受关注。磁制冷技术就是利用磁性材料作为制冷工质的制冷机。作为磁制冷工质的磁性材料又是磁制冷技术的关键因素。因此,对磁制冷材料的研究是个非常重要的课题。本论文从磁制冷材料(Ni-Mn-Sn合金)的制备、热处理、结构测量、磁性质测量到对实验结果讨论等一系列工作来探寻磁制冷材料的选材、结构、居里温度、磁熵变、相变类型等问题。并且本文还利用了低场Arrott曲线方法判断合金的相变类型。具体的研究工作主要有:(1)采用高真空电弧熔炼法制备Ni45.4+xMn41.5-xSn13.1(=0,1.5,3.0)合金,经过1173 K高温真空退火24小时,样品随炉冷却,得到结构比较单一的Heusler结构合金,居里温度接近于室温,在1.2 T的外磁场下,Ni48.4Mn38.5Sn13.1合金磁熵变的大小为3.7 J/kg K,Arrott曲线结果表明该系列合金为一级相变。实验结果表明,Ni48.4Mn38.5Sn13.1合金是应用于250 K附近温区的良好材料。(2)采用元素替代的方法,制备(Ni44-xFex)Mn46Sn10(x=0、1、2)合金,Fe原子替代Ni原子。样品随着温度的降低,样品从铁磁奥氏体转变为顺磁马氏体态,且奥氏体居里温度都在室温以上,而结构相变温度范围在200 K附近。值得注意的是,在1 T的低外磁场下,样品Ni44Mn46Sn10的磁熵变大于18 J/kg K。远远高于金属Gd在同样外磁场下的磁熵变值。(3)利用吸铸法制备合金和磁控溅射法制备薄膜。研究了Ni-Mn-Sn合金在吸铸后不同退火时间和薄膜的磁性质。吸铸态合金在1173 K的温度下进行不同的退火时间后,得到磁化强度的变化随着退火时间增加而增大。对于薄膜材料,随着制备条件的改变,样品的居里温度和磁性能发生了较大改变,而且奥氏体居里温度240 K变化到270 K。吸铸态和薄膜的磁熵变性能较正常方式制备的样品都比较低。
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