LaFe_(11.6)Si_(1.4)/10%Ni复合磁制冷材料的制备与性能研究

利用放电等离子烧结(SPS)技术制备了LaFe_(11.6)Si_(1.4)/10%Ni复合磁制冷材料,结合X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、综合物性测量系统(PPMS)和电子万能试验机等手段,研究了烧结压力和热处理对复合材料微观组织、磁热性能和机械性能的作用规律。结果表明,30,40,50和60 MPa压力下SPS态和热处理态LaFe_(11.6)Si_(1.4)/10%Ni复合磁制冷材料均由α-Fe相、Ni相和La(Fe,Si)_(13)相(1∶13相)组成;且热处理提高了LaFe_(11.6)Si_(1.4)基体中Ni的含量。烧结压力的提高有利于孔隙数量和体积的减小,提高复合磁制冷材料的致密度。高温热处理过程中,孔隙出现“吞并”现象,因此热处理态LaFe_(11.6)Si_(1.4)/10%Ni复合磁制冷材料的孔隙数量减小,体积增大。烧结压力为50 MPa时,0~2 T下SPS态和热处理态LaFe_(11.6)Si_(1.4)/10%Ni复合磁制冷材料的等温磁熵变(ΔSM)分别为2.43和0.94 J·kg^(-1)·K^(-1),居里温度(Tc)分别约为200和284 K。压缩应力-应变测试结果表明,热处理态LaFe_(11.6)Si_(1.4)/10%Ni复合磁制冷材料的抗压强度和压缩率随烧结压力的增强而增大。

Gd-La-Al合金的微观结构与磁热效应

以Gd_(3-x)La_(x)Al_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)磁制冷材料为研究对象,系统分析了合金的相组成、微观组织及磁热性能。结果表明,Gd_(3-x)La_(x)Al_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)合金均由Gd_(3)Al_(2)相、GdAl相、Gd_(2)Al相组成。La原子主要分布于Gd_(2)Al相,且La元素的添加具有调控Gd Al相形貌的作用。对M-T曲线求一阶导数可得,Gd_(3-x)La_(x)Al_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)合金的居里温度T_(C)随La含量的增加呈逐渐降低的趋势,分别为275,267,261,252 K,适用于近室温领域的制冷。利用Landau理论,分析了Gd_(3-x)La_(x)Al_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)合金的磁相变特征。分析拟合结果可知,Gd_(3-x)La_(x)Al_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)合金在居里温度T_(C)附近发生二级磁相变。0~2 T磁场下Gd_(3)Al_(2)合金的最大等温磁熵变(ΔS_(M))^(max)为3.05 J·kg^(-1)·K^(-1),最大绝热温变(ΔT_(ad))^(max)为2.12 K,表现出良好的磁热性能。

稀土基室温磁工质的开发与磁制冷机的研究进展

作为一种固态制冷技术,室温磁制冷技术具有环境友好、能效高、运行可靠等优点,被公认有望替代传统的气体压缩制冷。磁制冷技术利用磁工质的磁热效应和主动式磁蓄冷技术实现制冷,主要集中于具有大磁热效应的磁工质的研发、永磁系统的设计以及换热系统的优化。二十世纪末至今,中国、美国、丹麦、德国、意大利、法国、斯洛文尼亚等国家先后开展了磁制冷方面的相关研究。本研究主要综述了现已在磁制冷机中取得应用的室温磁工质和室温磁制冷机所能达到的性能指标。已取得应用的室温磁工质可分为一级相变材料和二级相变材料,一级相变材料主要指La(Fe,Si)_(13)基化合物,二级相变材料主要是金属Gd及其合金,为室温磁制冷机中普遍采用的磁工质。根据运行方式的不同,室温磁制冷机可分为往复式磁制冷机和旋转式磁制冷机。从运行频率、磁工质、温跨、制冷能力等方面,本研究对比了不同典型的室温磁制冷机的性能。

La(Fe, Si)_(13)系室温磁制冷复合材料的研究进展

近年来,世界各国都在重视环保、节能减排,与传统的气体制冷相比,磁制冷技术具有高效、环保、节能及不产生破坏臭氧层和温室效应气体等特点。目前磁制冷在中低温领域已经得到了应用,室温附近磁制冷技术仍处于研发阶段,主要包括磁制冷机、磁制冷材料、磁场系统等的研发,其中磁制冷材料是室温磁制冷技术发展的关键。本文以复合材料的角度,论述了极具发展潜力的La(Fe,Si)_(13)系磁制冷材料的研究进展及最新研究成果,通过非金属材料、金属单质及化合物与La(Fe,Si)_(13)系室温磁制冷材料的复合,提高了磁制冷材料的综合性能,使其更适用于在室温磁制冷机上的应用。

热压La_(0.8)Ce_(0.2)Fe_(11.45)Mn_(0.25)Si_(1.3)H_(1.8)磁工质的性能研究

采用工业纯原料,利用中频感应炉制备La0.8Ce0.2Fe11.45Mn0.25Si1.3铸锭,在高纯氩气保护下退火后淬火。铸锭磨成粉末并装入热压炉模具中热压成型,热压温度选取723 K,873 K,1023 K及1173 K,压力30 MPa,保压时间30 min。热压样品切成薄片并饱和渗氢,测试材料结构、微观组织及磁热性能。实验结果表明,块状样品及热压样品均形成NaZn13结构相。与块状样品相比,热压样品的磁热效应均低于块状样品,但随着热压温度的提高,样品的磁热效应逐渐增大。在1.5 T磁场、1173 K温度下,热压样品性能最高,最大磁熵变ΔSM为10.87 J/(kg·K),体积熵变为66.80 kJ/(m^(3)·K),最大绝热温变ΔTad为2.4 K,能够满足室温磁制冷机的应用。

微量元素Al对La0.75Ce0.25Fe11.51Mn0.24Si1.25Hy合金磁热效应与制冷能力的影响

采用高频悬浮熔炼炉制备了La0.75Ce0.25Fe11.51Mn0.24Si1.25Al0.3和La0.75Ce0.25Fe11.51Mn0.24Si1.25合金样品。样品在0.05 MPa压力、598 K氢气中吸氢至饱和。经X射线衍射及SEM分析La0.75Ce0.25Fe11.51Mn0.24Si1.25Al0.3Hy样品为NaZn13型结构。研究结果表明,在1.5 T磁场下,La0.75Ce0.25Fe11.51Mn0.24Si1.25Al0.3Hy合金样品的等温磁熵变ΔSM为9.06 J/(kg·K),直接测量的样品绝热温变为2.53 K,均比不含Al元素的La0.75Ce0.25Fe11.51Mn0.24Si1.3Hy略低;但磁熵变ΔSM和绝热温变ΔTad的半峰宽δT均大幅提高;同时,合金制冷能力提高。