镧铁硅基磁性合金材料的磁热效应研究

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在科技发达的今天,许多技术领域都离不开制冷技术,在人类社会发展进程中,制冷技术占据着不可或缺的地位。然而,常见的传统气体压缩式制冷技术中所采用的制冷材料仍存在着环境污染严重、效率低、能耗大等问题。因此,迫切需要一种新型制冷技术代替传统气体压缩式制冷技术。目前,磁制冷技术正是这种备受关注的新技术。磁制冷是利用磁性材料的磁热效应来实现制冷的一种新型制冷技术,相较于传统气体压缩式制冷,磁制冷具备许多优点,例如:效率高、能耗低、噪音小、绿色环保等。近20年来,磁制冷技术研究取得了很大的进展,许多巨磁热效应材料相继被发现。在这些磁热效应材料中,立方Na Zn13型结构的La(Fe Si)13合金材料因其具有巨大的磁熵变、连续可调的居里温度、低廉的制作成本、相对稳定的化学性能、较高饱和磁化强度等诸多优点而备受青睐。特别是La(Fe Co Si)13Bx合金作为一种立方Na Zn13型结构的La(Fe Si)13系列新型磁制冷工质材料,其居里温度在室温附近,不仅具备巨大的磁熵变而且易于工业合成,有望成为未来室温磁制冷机用标准工质。本文从实际应用角度出发,选用价格低廉的工业纯度原料,对现有磁制冷工质材料La(Fe Co Si)13合金的配比进行了改进,即利用Ce、Nd、Ni元素部分替换该合金体系中La和Fe元素的方法研究了替换元素对La(Fe Co Si)13B0.25合金磁热效应的影响。本文采用悬浮熔炼的方法制作了一系列不同元素配比的合金铸锭,再经过适当的热处理之后通过剪切制备出一种块状结构合金样品。通过实验测试发现,Ce/Nd部分替换La能使体系的居里温度得到降低但无法达到室温附近,同时也发现其绝热温变值呈现出随替换元素含量的增加而减小的趋势,不利于作为室温磁制冷工质。然而,Ni部分替换Fe能使该体系的居里温度得到线性增加且可到达室温附近,尽管随着替换元素含量的增加其磁熵变及相对制冷能力(RCP)也呈现减小趋势,但其绝热温变值变化不显著有利于作为室温磁制冷工质。不仅如此,通过外电场调控的方式,我们还发现La(Fe0.92Ni0.02Co0.06)11.4Si1.6B0.25合金的磁学性能不仅依赖于电场强度而且其热滞现象会随着电场强度的增加而减小并且其磁熵变几乎保持不变。
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