室温磁致冷材料及技术的研究进展

本文简要介绍了磁致冷机的基本工作原理 ;回顾了室温磁致冷材料及技术的发展历史 ;概述了具有突破性的最新研究进展。

室温磁致冷合金Pr_2Fe_(17-x)Co_x的结构、磁性和磁熵变

在氩气气氛中用熔炼法制备了Pr2Fe17-xCox系列合金,通过粉末X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构、磁性和磁熵变.结果表明:Pr2Fe17-xCox系列合金具有菱方Th2Zn17型结构;通过成分微调使其居里温度处在室温附近;Pr2Fe17-xCox系列合金有较大的磁熵变,在低场下的磁熵变是金属Gd的65%～73%,而高场下的磁熵变则为金属Gd的63%～68%;但其成本约为金属Gd的1/10,具有很高的性价比,是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料.

NdFeB磁粉对粘结NdFeB/锶铁氧体复合磁体性能的影响

采用流动温压成型技术制备了各向同性粘结NdFeB/锶铁氧体复合磁体。研究了不同类型NdFeB磁粉对粘结NdFeB/锶铁氧体复合磁体磁性能和交换耦合作用的影响。结果表明,粘结贫稀土NdFeB/锶铁氧体复合磁体的综合磁性能最好,当NdFeB和铁氧体的质量比为3:2时,其磁性能Br=0.38 T,Hcj=524 kA/m,(BH)max=21.9 kJ/m3;另外,其Henkel曲线为典型的S型曲线。粘结纳米双相NdFeB/锶铁氧体复合磁体内的交换耦合作用近乎消失,磁体内以静磁交互作用为主。

室温磁致冷工质的选用原则及制备技术

本文对近年来在制冷界研究相当活跃的磁致冷工质 ,尤其是室温磁致冷工质———铁磁材料 ,在外加磁场中的热力学特性进行了分析、讨论 ,并在此基础上总结了选取室温磁致冷工质的理论依据和原则。本文介绍了室温磁致冷工质的制备方法 ,特别是系列工质复合法 。

Er_(2-x)Pr_xFe_(17)磁致冷合金在室温区的磁熵变

在氩保护气氛中用熔炼法制备了Er2-xPrxFe17系列合金,通过X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构和磁熵变。结果表明,Er2-xPrxFe17系列合金具有六方Th2Ni17型结构,通过成分微调使其居里温度处在室温附近,Er2-xPrxFe17合金有较大的磁熵变,且致冷温区较宽,是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料。

粘结剂对粘结钕铁硼/锶铁氧体复合磁体磁性能的影响

为获得磁性能适中的磁体,采用流动温压成型技术制备了各向同性粘结Nd Fe B/锶铁氧体复合磁体.利用振动样品磁强计(VSM)研究了不同粘结剂对粘结Nd Fe B/锶铁氧体复合磁体磁性能的影响.研究表明:环氧值适中的酚醛环氧树脂制备的磁体具有较好的磁性能;当采用环氧值为0.480 mol/100 g酚醛环氧树脂BPANE8200H做粘结剂时,粘结Nd Fe B/锶铁氧体复合磁体获得了最佳的磁性能:Br=0.55 T,Hcj=620.6 k A/m,(BH)max=45.6 k J/m3.在保证磁体磁性能的前提下兼顾力学性能,粘结磁体流动温压成型温度参数的设置必须考虑粘结剂的软化点温度.

流动温压成型黏结钕铁硼/锶铁氧体复合磁体的研究

采用流动温压成型工艺制备黏结钕铁硼/锶铁氧体复合磁体,研究温压工艺参数对钕铁硼/锶铁氧体复合磁体磁性能的影响。结果表明:随着温压温度、压制时间以及保压压力的提高,黏结复合磁体的磁性能呈现先增大后减小的趋势。流动温压成型参数的选择与黏结剂有关,采用酚醛环氧树脂BPANE8200为黏结剂时,流动温压成型的最佳工艺参数:77℃加载900MPa并保压8min,复合磁体的剩磁B_r、内禀矫顽力H_(cj)以及最大磁能积(BH)max均获得最大值,即Br=522mT,Hcj=740.48kA/m,(BH)max=39.82kJ/m^3。

巨磁电阻材料的研究与应用

介绍了一种新型的磁性功能材料———巨磁电阻材料 ,综述了其研究进展情况。并就它在巨磁电阻传感器、高密度磁记录读出磁头、巨磁电阻随机存储器以及自旋晶体管等磁电子元器件上的应用进行了论述。

Gd-Co二元非晶及晶态合金的磁性和大磁热效应

通过熔体快淬制备了Gd59Co41、Gd56Co44非晶条带,并对Gd56Co44非晶条带进行588K、10min的晶化处理。利用X射线衍射仪(XRD)分析了合金的结构,通过综合物性测量系统(PPMS)研究了合金的磁性及磁热效应。结果表明,Gd59Co41和Gd56Co44非晶条带的初始晶化温度分别为523和544K;Gd56Co44非晶条带晶化处理后获得了Ho4Co3型六方单相。非晶态和晶态合金在居里温度附近都发生铁磁到顺磁的二级相变。随着Gd/Co比例的降低,Gd59Co41和Gd56Co44非晶合金的居里温度(TC)从198K提高到217K;晶化处理后Gd56Co44合金的居里温度为218K,与非晶态合金相比变化甚微。在ΔH=5T时,Gd59Co41和Gd56Co44非晶合金的最大磁熵变(-ΔSM)和制冷能力(RC)分别为7.7J/kg·K、525J/kg和6.6J/kg·K、544J/kg;而Gd56Co44晶态合金的最大磁熵变(-ΔSM)和制冷能力(RC)分别为5.6J/kg·K和528J/kg。大的磁熵变和制冷能力,几乎可以忽略的矫顽力和热滞/磁滞效应,表明Gd-Co二元非晶和晶态系列合金是200K温区附近一类具有潜在应用价值的磁制冷工质。

Er2-xRxFe17(R=Pr,Ce)化合物的结构与磁熵变研究

在氩保护气氛中用熔炼法制备了Er2-xRxFe17(R=Pr,Ce)系列合金,通过粉末X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构和磁熵变.结果表明,轻稀土Pr和Ce的掺入没有明显改变Er2Fe17化合物的相结构,但改变了Er次晶格与Fe次晶格之间的耦合系数,使仍为六方Th2Ni17型结构的Er2-xRxFe17化合物的居里温度可通过成分微调使其处在室温附近,Er2-xRxFe17化合物的λ形(-△SM)-T曲线表明其在居里点附近发生的相变属于二级相变,Er2-xRxFe17化合物有较大的磁熵变,且致冷温区较宽,是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料.

固化条件对粘结复合磁体磁性能和抗压强度的影响

采用流动温压成型方法制备各向同性粘结NdFeB/锶铁氧体复合磁体,并研究了不同固化条件对磁体磁性能及抗压强度的影响。结果表明,直接在电阻炉中固化的磁体抗压强度最好,在氩气保护的环境下固化有助于提高磁体磁性能,当磁体在氩气保护的环境下于180℃时固化120min时获得了最佳的性能:剩磁Br=0.52T,内禀矫顽力Hcj=740.48kA/m,最大磁能积(BH)max=39.82kJ/m3,抗压强度σbc=185.98MPa。

Ce_2Fe_(16.5)Co_(0.5)合金的磁熵变研究

在氩保护气氛中用熔炼法制备了Ce2Fe16.5Co0.5合金,通过粉末X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构和磁熵变.结果表明Ce2Fe16.5C00.5合金具有菱方Th2Zn17型结构,且存在不同组分的2个相,主相Ce2(Fe,Co)17和次相Ce(Fe,Co)7.在242～285K宽温区出现一个磁熵变平台,从而能够满足磁Ericsson型磁致冷机的要求,这对实际磁致冷应用具有现实意义.

不同类型电磁加热用磁条材料的成分、结构与性能对比分析

通过电子探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、综合物性测量系统(PPMS)、软磁测量装置(MATS-2010SA、MATS-2010SD),分析并对比了电磁炉厂商使用的不同类型锰锌铁氧体磁条材料在化学成分、显微结构和磁性能上的差异,从材料学的角度揭示了电磁炉能效出现波动的原因。结果表明,不同供应商、不同类型的锰锌铁氧体磁条在化学成分、微观形貌和磁性能上差别较大。不同磁条的Mn与Zn的原子比处在1.21~3.90之间,在二次料生产的磁条中添加了较多的Ca、Si等元素。一次料制备的锰锌铁氧体磁条材料晶粒大小均匀、气孔率低,磁性能明显优于二次料磁条,而一次料磁条之间差别不明显。不同磁条的化学成分和显微结构上的差别导致性能出现波动,从而对电磁炉能效造成影响。

[Co_(80)Fe_(10)Ni_(10)]_(20)Cu_(80-x)Cr_x块体合金的巨磁电阻效应研究

在氩气气氛中用熔炼法制备了[Co80Fe10Ni10]20Cu80-xCrx系列Cu基巨磁电阻合金,通过光学显微镜、透射电子显微镜、场致发射扫描电镜和电子探针研究了[Co80Fe10Ni10]20Cu80-xCrx合金在1000℃均匀化处理6h后水淬,以及随后的300～700℃,30～150min回火处理的微观结构及组分。用直流四探针法测量了合金的室温巨磁电阻效应(GMR)。结果表明,合金在回火时从基体相中析出了高度弥散的含Fe、Ni、Co的纳米磁性新相。回火温度对合金的磁电阻效应影响很大,样品在600℃温度回火90min时,合金的室温GMR效应最好,可达8.61%。少量合金元素Cr的添加替代(Cr代Cu)消除了Co Fe Ni Cu合金中的混溶裂隙,改善了合金的加工性但也降低了合金的磁电阻效应。

Er_(2-x)Ce_xFe_(17)金属间化合物的磁熵变特性研究

在氩气气氛中用熔炼法制备了Er2-xCexFe17（x=0，0．05，0．08，0．1，0．15，0．2，0．3，0．4）化合物，通过粉末X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构、磁性和磁熵变。结果表明，Er2-xCexFe17化合物具有Th2Ni17型六方结构，通过成分微调使其居里温度处在室温附近。Er2-xCexFe17化合物的λ形（-△SM）-T曲线表明其在居里点附近发生的相变属于二级相变，它使化合物可在较宽温区范围内保持较大的磁熵变。当x=0．05-0．15时，Er2-xCexFe17化合物在2．0和5．0 T外场作用下的最大磁熵变达到金属Gd的40-50％，且其化学性质稳定、制冷温区宽、价格低廉，是一类性价比较高、应用潜力较大的新型低场室温磁制冷工质材料。

电弧离子镀与磁控溅射复合技术制备Ti/TiN/TiAlN复合涂层的组织结构与力学性能

采用磁控溅射和电弧离子镀技术,在高速钢基体上制备了Ti/TiN/TiAlN复合涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、微米划痕仪等方法研究了镀覆条件对复合涂层的形貌、组织结构和力学性能的影响。结果表明,离子镀镀覆的过渡层对磁控溅射涂层的显微组织和力学性能有重要影响。例如,新开发的AIP+MS技术制备的复合膜比AIP或MS技术制备的薄膜具有更高的硬度、更好的耐磨性能、更光滑的表面和更强的膜基结合力(大于30N)。由于电弧离子镀TiN过渡层表面的"大颗粒"在磁控溅射沉积TiAlN薄膜时也会结晶长大,组织形貌与膜上的TiAlN相似,提高了其与周围薄膜的结合,电弧离子镀TiN过渡层表面的"大颗粒"负面效应大大弱化。

多弧离子镀TiN薄膜颜色性能的研究

用多弧离子镀技术在3Cr13不锈钢表面沉积TiN薄膜,用扫描电子显微镜和可见光分光光度计研究了大颗粒、氮气流量与靶电流对膜层颜色性能的影响及其作用规律。结果表明,大颗粒由表面结晶层、中间层和液滴层组成,大颗粒数量较少时不会影响薄膜的颜色性能。增加氮气流量,样品的反射率呈下降趋势,颜色坐标红/绿值a*和黄/蓝值b*增大,明度L*减小,彩度指数C*ab增大,色调角H*ab减小,薄膜颜色由银灰色逐渐变化为深黄色;然而,随着靶电流的增大,色调角H*ab增大,彩度指数C*ab、红/绿值a*和黄/蓝值b*减小,薄膜颜色从深黄色逐渐变为银白色。靶电流的变化改变了膜层中钛和氮的原子比,可对氮气流量的变化起到补偿作用。

镶嵌结构界面金刚石涂层研究进展

对平面结构和镶嵌结构界面金刚石涂层的界面结构特点、受弯曲应力应变时的失效方式进行了分析,指出镶嵌结构界面金刚石涂层是提高膜/基体结合力的有效方法;综述了镶嵌结构界面金刚石涂层的国内外研究现状,并指出了今后镶嵌结构界面金刚石涂层的发展方向。

电镀铬金刚石复合过渡层提高金刚石膜/基结合力

在铜基体上沉积铬金刚石复合过渡层,用热丝CVD系统在复合过渡层上沉积连续的金刚石涂层.用扫描电镜(SEM)、X射线(XRD)、拉曼光谱及压痕试验对所沉积的镶嵌结构界面金刚石膜的相结构及膜/基结合性能进行了研究.结果表明,非晶态的电镀Cr在CVD过程中转变成Cr3C2,由于金刚石颗粒与Cr3C2的相互咬合作用,金刚石膜/基结合力高;在294 N载荷压痕试验时,压痕外围不产生大块涂层崩落和径向裂纹,只形成环状裂纹.

Er_(2-x)Pr_xFe_(17)化合物的结构与磁熵变

较详细地研究了Er2-xCexFe17化合物的结构、磁性和磁熵变.结果表明,轻稀土Ce的掺入虽然没有明显改变Er2Fe17化合物的相结构及其晶格常数,但改变了Er次晶格与Fe次晶格之间的耦合系数,使仍为Th2Ni17型六方结构的Er2-xCexFe17化合物的居里温度可通过成分微调使其处在室温附近.Er2-xCexFe17化合物的λ形(-△SM)-T曲线表明其在居里点附近发生的相变属于二级相变,它使化合物可在较宽温区范围内保持较大的磁熵变.Er2-xCexFe17化合物在x=0.05～0.1范围内具有较大的磁熵变,其在2.0 T和5.0 T外场下的最大磁熵变达到金属Gd的40%～50%,且其化学性质稳定、制冷温区宽、价格低廉,是一类性价比较高、应用潜力较大的新型低场室温磁制冷工质材料.