新型室溫磁制冷材料Ni-Mn-Sn馬氏體相變及磁熱效應(yīng)的研究.pdf

1、探索新型室溫磁制冷材料是當(dāng)代科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題之一?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的室溫巨磁熱效應(yīng)材料是具有高磁化強(qiáng)度的一級(jí)相變材料。但是一級(jí)相變的過(guò)程中存在著熱滯的現(xiàn)象，并且所需要的單質(zhì)存在著價(jià)格昂貴、有毒等缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，本論文選擇了價(jià)格合理、無(wú)毒和對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染、制備工藝簡(jiǎn)單的Ni，Mn，Sn，單質(zhì)作為原料制備新的哈斯勒合金，同時(shí)哈斯勒合金在相變的過(guò)程中存在著豐富奇特的物理現(xiàn)象，所以本文以哈斯勒合金作為研究對(duì)象，對(duì)合金的結(jié)構(gòu)相變的熱力學(xué)問(wèn)題、反磁熱效

2、應(yīng)以及磁熱效應(yīng)進(jìn)行了深入的研究和探討。并用一些替代元素來(lái)替代其中的某一元素，使其各種性能有所改變，特別是居里溫度、磁化強(qiáng)度和磁熵變。
　　 本文中采用真空電弧熔煉法和高溫退火法制備了四元哈斯勒合金Ni50-xCuxMn36Sn14(x=0,2，4，6)、和Ni50Mn37-xCuxSn13(X=0,3，5，7)的化合物。用X-射線衍射和磁性測(cè)量研究了合金的結(jié)構(gòu)相變和磁熱效應(yīng)。對(duì)于Ni50-xCuxMn36Sn14(x=0,2，4

3、，6)這系列合金，X-射線衍射結(jié)果表明，用部分Cu元素替代Ni，沒(méi)有改變?nèi)估蘸辖餘i-Mn-Sn原有的晶體結(jié)構(gòu)，只是晶格常數(shù)有減小的趨勢(shì)，晶胞的體積沒(méi)有發(fā)生太大的變化。M-T曲線分析結(jié)果表明，該系合金的結(jié)構(gòu)相變是一級(jí)相變，居里溫度相變是二級(jí)相變。該系列哈斯勒合金樣品在奧氏體相的鐵磁交換作用增強(qiáng)，導(dǎo)致居里溫度升高，而結(jié)構(gòu)相變溫度降低；并且隨著Cu含量的增加，該系列合金在低溫下的結(jié)構(gòu)相變消失。此外，通過(guò)麥克斯韋關(guān)系計(jì)算了該系列合金的磁

4、熵變△SM，在磁場(chǎng)改變?yōu)?-1.5T的情況下，獲得了Ni46Cu4Mn36Sn14樣品在330K附近的最大磁熵變△SM約為2.0J/kgK。對(duì)于Ni50Mn37-xCuxSn13(x=0,3，5，7)系列化合物，通過(guò)結(jié)構(gòu)的測(cè)量，可得出當(dāng)Cu的含量不大于3時(shí)，X射線的衍射峰開(kāi)始有劈裂現(xiàn)象，但不是所有的都劈裂，說(shuō)明在室溫下該系列合金的馬氏體相和奧氏體相是共存的。但Cu含量大于3時(shí)，室溫下就不在存在馬氏體。通過(guò)結(jié)構(gòu)測(cè)量還可以知道用Cu替代Mn

5、以后晶格常數(shù)有減小的趨勢(shì)，晶胞體積也是減小的；通過(guò)對(duì)樣品的M-T曲線的分析發(fā)現(xiàn)，隨著Cu含量的增加，結(jié)構(gòu)相變溫度有所降低，當(dāng)Cu的含量變化不大時(shí)，居里溫度幾乎沒(méi)有變化，當(dāng)Cu的含量變化很大時(shí)居里溫度是降低的；通過(guò)麥克斯韋關(guān)系和所測(cè)得的M-B曲線，得出了該系列合金在0-1.5T變化的外磁場(chǎng)下的磁熵變，從圖中可以清楚的發(fā)現(xiàn)當(dāng)Cu的含量為5時(shí)，不但在居里溫度附近的磁熵變最大，最大值為1.2J/kgK，而且得出來(lái)在結(jié)構(gòu)相變溫度附近的正磁熵變也是