【摘要】：磁制冷技術(shù)是一種基于“磁熱效應(yīng)”的新興制冷技術(shù),由于磁制冷技術(shù)具有制冷效率高、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點而有望應(yīng)用于室溫制冷領(lǐng)域。在眾多的磁制冷材料體系中,NaZn_(13)型La(Fe,Si)_(13)基合金具有磁熵變大、居里溫度可控、無毒、價格便宜的優(yōu)點而備受關(guān)注。具有巨磁熱效應(yīng)的三元La(Fe_xSi_(1-x))_(13)(0.85≤x≤0.9)合金由于存在居里溫度遠低于室溫,成相困難,以及由于磁體積效應(yīng)易破碎等問題,嚴重限制了其在近室溫領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用。目前,結(jié)合熔煉、熔體快淬、成相熱處理以及粉末熱壓成型的方法是制備La(Fe,Si)_(13)基塊體材料的新興方法之一,這種方法不僅能夠大大縮短La(Fe,Si)_(13)基合金的制備時間,而且能制備出具有特定形狀、力學性能良好的塊體材料。熱壓材料內(nèi)部少量的孔隙也能夠有效緩解磁體積效應(yīng)導致的應(yīng)力集中。在熱壓成型過程中,一定量的金屬粘結(jié)劑,對熱壓塊體材料的熱導率、力學性能與磁熱性能等均具有重要影響。首先,本文采用微米級銅粉(5-25μm)作為粘結(jié)劑,在423 K/1000 MPa條件下熱壓90 s得到La_(0.8)Ce_(0.2)(Fe_(0.95)Co_(0.05))_(11.8)Si_(1.2)/Cu復合塊體材料。實驗結(jié)果表明,隨著Cu含量由5 wt.%增加至20 wt.%,復合材料的熱導率從7.51 W/m·K增加至15.55 W/m·K,抗壓強度由151.1 MPa增加至248.0 MPa,這主要得益于Cu的高熱導率(401 W/m·K)以及在423 K熱壓條件下Cu粉塑性增大起到填充孔洞以及緩沖的作用。在0-2 T外磁場下,復合材料在居里溫度處(249 K)最大磁熵變的降幅隨著Cu含量的增加而減小,這得益于微米級Cu粉在熱壓過程中的緩沖作用,避免主相顆粒破裂從而保持較大的磁熵變。這為使用高熱導、高塑性金屬粉末作為粘結(jié)劑,通過低溫熱壓制備La-Fe-Si基磁制冷復合材料提供了一種新思路。其次,在高于La_(70)Co_(30)共晶合金熔點(~794 K)溫度(833 K)熱壓制備LaFe_(11.6)Si_(1.4)/La-Co復合材料,并分別在1323 K擴散熱處理30 min或4 h。實驗結(jié)果表明,熔融態(tài)的La_(70)Co_(30)合金在熱壓過程中起到粘結(jié)劑的作用,不僅能有效填充到復合材料的內(nèi)部空隙,而且能有效降低大尺寸主相顆粒的破碎程度甚至不破碎。隨著La_(70)Co_(30)粘結(jié)劑的增加,熱壓復合材料的力學性能亦顯著提高,但復合材料的磁熱性能亦下降明顯。XRD及EDS能譜結(jié)果表明,經(jīng)過1323 K擴散熱處理后,來自La-Co粘結(jié)劑的Co元素擴散進入LaFe_(11.6)Si_(1.4)主相內(nèi)部。在擴散熱處理過程中,1:13相分解伴隨的合金成分的變化以及Co的擴散使1:13相晶格參數(shù)發(fā)生變化;同時La-Co晶界相具有促進1:13型磁熱相重新形成的作用。擴散熱處理后,LaFe_(11.6)Si_(1.4)/16 wt.%La_(70)Co_(30)復合材料的居里溫度由~199K提升至~238 K,在0-2 T外磁場下,最大磁熵變由5.62 J/kg K提升至9.17 J/kg K。復合材料的力學性能在擴散熱處理后亦進一步的提高。這為通過低溫熱壓制備NaZn_(13)型La-Fe-Si基復合磁制冷材料并采用高溫擴散退火處理對其性能進行調(diào)控提供了新思路。最后,通過改變材料的擴散熱處理溫度(923-1323 K)以探究Co的晶界擴散過程以及晶界相的形成與演化機制,研究結(jié)果表明,Co的擴散首先通過形成1:1:1型La(Fe,Co)Si及α-Fe(Co,Si)相,再由La(Fe,Co)Si、α-Fe(Co,Si)反應(yīng)形成1:13型La-Fe-Co-Si合金,延長熱處理時間有利于材料組織和成分進一步均勻化。 【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB61;TB33

【圖文】：

圖 1-1. 磁制冷技術(shù)原理圖Fig. 1-1 Schematic diagram of magnetic refrigeration technology技術(shù)的研究進展制冷技術(shù)主要應(yīng)用的溫區(qū)有極低溫區(qū)(<20K)、低溫區(qū)(20-80附近。(<20K)的磁制冷技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，此溫區(qū)使用的是順a5O12[5]等，在這一溫區(qū)磁制冷材料的晶格熵可忽略不計，主。0-80K)為制備液氮、液氫的主要溫區(qū)，，在該溫區(qū)及以上溫區(qū)適用，磁熱介質(zhì)主要是鐵磁性材料，通過鐵磁性材料在低溫變進行制冷，如 GdNi2[6]、ErAl2、DyAl2[7]等。當溫度大于 20已較大，此時需要采用蓄冷器來提高系統(tǒng)的制冷效率，該溫進行制冷。

圖 1-2.（a）溫度誘導磁相變及熱滯后示意圖；（b）磁場誘導磁相變及磁滯后示意圖.Fig. 1-2 (a) Schematic diagram of temperature-induced magnetic phase change and thermal hysteresis;(b) Schematic diagram of field-induced magnetic phase change and magnetic hysteresis.磁/熱滯損耗會大大降低一級相變帶來的巨磁熵變的效益，從而使得材料的制冷力偏低。根據(jù)材料在相轉(zhuǎn)變過程中是否存在較大的晶格常數(shù)變化將材料分為一級和二相變材料。通過調(diào)控合金成分，在 La-Fe-Si 基合金、Gd5(Si1-xGex)4系合金、MnFeP1-xA系合金、Heusler 合金中均可獲得具有一級相變特性的磁熱材料。二級相變材料的晶格數(shù)在相變過程中幾乎沒有變化，因而晶格熵變較低，且較小的磁/熱滯現(xiàn)象有利于材料制冷效率，但二級相變材料較小的磁熵變也限制其實際應(yīng)用。目前，應(yīng)用于室溫磁制樣機中典型的二級相變材料是稀土金屬 Gd。 1.2.1 稀土 Gd 及 Gd 基磁制冷材料Gd 元素是被發(fā)現(xiàn)的唯一在室溫附近磁有序的稀土元素，密度約為 7.90 g/cm3，居溫度約在 294K，但其居里溫度受 Gd 的純度的影響而波動。Gd 在未滿軌道 4f 軌道上

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 陳湘;陳云貴;唐永柏;肖定全;;一級相變磁制冷材料LaFe_(11.6)Si_(1.4)合金的磁相變特性系統(tǒng)分析[J];中國稀土學報;2015年03期

2 劉仲武;周慶;;NdFeB永磁的晶界調(diào)控和晶界擴散技術(shù)[J];功能材料信息;2014年02期

3 高貝貝;鐘喜春;鄭志剛;劉仲武;曾德長;;熔體快淬La_(1-x)Ce_x(Fe_(0.92)Co_(0.08))_(11.4)Si_(1.6)合金的結(jié)構(gòu)和大磁熵變[J];材料研究學報;2012年05期

4 鄭福生;金屬氫化物性質(zhì)與應(yīng)用[J];南方鋼鐵;1997年04期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 關(guān)春悅;磁性材料的磁學性質(zhì)以及磁熵變的模擬研究[D];東北大學;2014年

本文編號：2712014