本文關鍵詞：磁相變合金的磁致伸縮和磁熱效應

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【摘要】：在磁性合金中,磁場誘導的相變通常伴隨較大的磁致應變效應或磁熱效應。這種功能材料在制動器、感應器、磁力轉換器件以及磁制冷機等領域具有潛在的應用價值。研究表明,一些一級相變材料具有較大的磁致應變效應或磁熱效應,如La-Fe-Si合金、Gd-Si-Ge合金、Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金以及MM'X (M為Mn、M’為Co或Ni、X為Si或Ge)合金。但它們的效應通常伴隨不可逆性、較大的熱／磁滯、較差的力學性能和應用溫度低等不足。這些不足影響了它們的實用價值。因此,如何克服這些不足以及增加材料的實用性一直是研究的熱點。在本文中,我們研究了一些Mn基合金的磁致伸縮效應以及磁熱效應,并通過調(diào)節(jié)比分、改變燒結方式以及電控的方式提升了合金的性能。1. Gd1-xSmxMn2Ge2 (x= 0.37,0.34)合金室溫較大的磁致伸縮效應磁彈性相變和磁結構相變通常伴隨較大的晶格畸變。當磁場誘導上述相變發(fā)生時,合金可以展現(xiàn)較大的磁致應變效應。與磁結構相變相比,磁彈性相變所伴隨的磁致伸縮效應通常具有較好的可恢復性,有利于重復應用。然而已有的報道表明現(xiàn)有的磁彈性相變材料通常伴隨著驅動場大和工作溫度遠離室溫等缺陷。因此開發(fā)具有室溫磁彈性相變以及低場驅動效應的新材料是有意義的。我們通過調(diào)節(jié)Gd與Sm的比例,將Gd1-xSmxMn2Ge2合金的Mn-Mn間距調(diào)節(jié)至臨界尺寸,并在Gd0.66Sm0.34Mn2Ge2和Gd0.63Sm0.37Mn2Ge2合金中獲得了溫度以及磁場誘導的室溫反鐵磁-鐵磁相變。測量結果表明該相變伴隨明顯的晶格畸變,是一種磁彈性相變。Gd1-xSmXMn2Ge2合金磁致反鐵磁-鐵磁相變伴隨較大的磁致伸縮效應且該效應具有磁滯小、可恢復、驅動場低以及穩(wěn)定性高的優(yōu)點。2.致密、取向MnCoSi合金的巨磁致伸縮效應材料的物性通常都是各向異性的,因此適當?shù)膿駜?yōu)取向有利于提升材料的性能。然而如何將易碎的合金材料取向仍然具有挑戰(zhàn)性。MnCoSi合金是一種廉價的過渡族-主族元素合金。當磁場作用時,其出現(xiàn)一種磁場誘導的變磁性轉變,且伴隨較大的晶格畸變。這意味著MnCoSi合金是一種具有潛力的磁致伸縮材料。但其多晶效應小且力學性能差的缺點嚴重制約了其實用性。我們通過強磁場下緩慢凝固的方式制備了取向且致密的MnCoSi1-x (x=0; 0.01; 0.02)合金。這種特殊的方法有利于凝固過程中晶粒的取向以及相變應力的釋放,以便于獲得取向且致密的塊體樣品。此外,我們首次嘗試通過主族元素缺位的方式調(diào)節(jié)MnCoSi合金的三相點。當主族元素空位增加時,變磁性驅動場降低且三相點溫度靠近室溫。這保證了體系在降低相變驅動場的基礎上,獲得室溫且可逆的巨磁致伸縮效應。MnCoSi1-x合金的飽和磁致伸縮值可以和某些RFe2合金相媲美。更重要的是,該合金由非稀土元素構成,有利于降低成本,在聲吶傳感器、感應器、制動器等領域具有潛在的應用價值。3.電控磁熱效應磁電耦合效應由于其豐富的物理機制和潛在的應用價值而得到了廣泛關注。磁制冷技術具有綠色環(huán)保節(jié)能高效的特點,被認為是取代氣體壓縮式制冷的技術之一。研究表明,具有Heusler結構的Ni-Mn-Z (Z= In, Sn, Sb)合金具有較大磁熱效應。該效應來源于磁場誘導的磁結構相變。但由于一級相變特性,該效應伴隨較大的熱／磁滯以及較窄的工作溫區(qū)。這兩點不足制約了其應用。在本研究中,我們開展了Ni-Co-Mn-In合金磁熱效電場調(diào)控的工作。在復相Ni-Co-Mn-In/PMN-PT中,隨著外加電壓升高,熱／磁滯都相應減小,且工作溫度得到了拓寬。這意味著,通過該方法,我們解決了Ni-Co-Mn-In合金磁熱效應的兩點不足,這有利于提升主動式磁制冷機的效率。最后,基于此方法,我們還提出了一種高效主動式磁制冷機樣機模型。
【關鍵詞】：相變合金 磁驅相變 磁致伸縮效應 磁熱效應
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O482.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-46
• 1.1 材料中的相變12-20
• 1.1.1 相變的分類12-13
• 1.1.2 相變驅動力13-16
• 1.1.3 提高磁驅相變能力(降低相變臨界場)的有效途徑16-20
• 1.2 磁驅相變伴隨的物理效應20-28
• 1.2.1 磁熱效應20-22
• 1.2.2 磁致伸縮或磁致應變效應22-26
• 1.2.3 鐵磁形狀記憶效應26-28
• 1.3 磁驅相變合金的研究近況28-38
• 1.3.1 La-Fe-Si合金28-30
• 1.3.2 Gd-Si-Ge合金30-32
• 1.3.3 Ni-Mn基鐵磁形狀記憶合金32-35
• 1.3.4 MM'X合金35-38
• 1.4 本課題研究內(nèi)容和意義38-39
• 參考文獻39-46
• 第二章 樣品制備與表征46-55
• 2.1 樣品制備46-48
• 2.1.1 真空熔煉46
• 2.1.2 熔體快淬46-47
• 2.1.3 定向凝固47-48
• 2.1.4 強磁場凝固48
• 2.2 結構和性能表征48-51
• 2.2.1 結構表征48-49
• 2.2.2 磁性表征49-50
• 2.2.3 磁致伸縮性能表征50
• 2.2.4 力學性能表征50-51
• 2.2.5 磁疇觀察51
• 2.3 理論計算方法51-54
• 參考文獻54-55
• 第三章 Gd_(1-x)Sm_xMn_2Ge_2(x=0.34,0.37)合金的磁致伸縮效應55-71
• 3.1 引言55-56
• 3.2 研究思路與合金設計56-62
• 3.3 樣品制備62
• 3.4 結果與分析62-68
• 3.4.1 Gd_(1-x)Sm_xMn_2Ge_2(x=0.34,0.37)合金中溫度誘導的磁彈性相變63-65
• 3.4.2 Gd_(1-x)Sm_xMn_2Ge_2(x=0.34,0.37)合金中磁場誘導的磁彈性相變65-66
• 3.4.3 Gd_(1-x)Sm_xMn_2Ge_2(x=0.34,0.37)合金的磁致伸縮效應66-68
• 3.5 總結與展望68
• 參考文獻68-71
• 第四章 取向且致密的MnCoSi_(1-x)合金的巨磁致伸縮效應71-91
• 4.1 前言71-72
• 4.2 研究思路與合金設計72-79
• 4.3 樣品制備和表征79
• 4.4 結果與討論79-87
• 4.4.1 結構與取向79-80
• 4.4.2 形貌和力學性能80-82
• 4.4.3 MnCoSi_(1-x)(x=00.01；0.02)合金的磁性82-85
• 4.4.4 MnCoSi_(1-x)(x=0;0.01；0.02)合金的磁致伸縮效應85-87
• 4.5 總結與展望87
• 參考文獻87-91
• 第五章 電控磁熱效應91-108
• 5.1 前言91-92
• 5.2 實驗設計與材料選擇92-95
• 5.3 樣品制備95-96
• 5.4 結果及討論96-103
• 5.4.1 不同電壓下的磁性96-98
• 5.4.2 不同電壓下體系的磁熱效應98-100
• 5.4.3 電調(diào)控磁卡效應的意義100-103
• 5.5 總結與展望103-104
• 參考文獻104-108
• 攻讀博士期間論文發(fā)表情況108-109
• 致謝109-110

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 潘自強;;核能發(fā)展與事故應急[J];輻射防護;2007年01期

2 江麗萍;吳雙霞;沙玉輝;李松;趙驤;左良;;退火磁場施加方式對Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)合金磁伸性能的影響[J];材料熱處理學報;2007年03期

3 徐祖耀;馬氏體相變[J];熱處理;1999年02期

4 徐祖耀;馬氏體相變研究的進展(一)[J];上海金屬;2003年03期

5 徐祖耀;馬氏體相變研究的進展(二)[J];上海金屬;2003年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馬勝燦;合金磁相變的調(diào)控及其磁熱性質(zhì)[D];南京大學;2011年

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本文編號：553138