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1、基于磁熱效應(yīng)的固態(tài)磁制冷技術(shù),由于綠色、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)將可能成為傳統(tǒng)氣體壓縮制冷的替代技術(shù)。稀土基非晶材料特別是Gd-基非晶合金,由于其出色的磁熱效應(yīng)而倍受關(guān)注。本文采用高純(99.99 wt.%)金屬原料,通過水冷銅模吸鑄法制備了Gd-Ni-Al系列磁性Gd基塊體金屬玻璃及其復(fù)合材料,利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、差示熱量掃描儀(DSC)和超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)(SQUID)系統(tǒng)研究了該合金系的玻
2、璃形成能力、熱學(xué)性能和磁熱性能。主要結(jié)論如下:
1.通過對(duì)已有文獻(xiàn)中發(fā)表的具有良好非晶形成能力的三元 Gd-Ni-Al非晶合金的研究,發(fā)現(xiàn)在本實(shí)驗(yàn)室條件下均不能獲得直徑為3 mm的塊體非晶合金。在本實(shí)驗(yàn)室條件下,對(duì)(Gd0.60Ni0.16Al0.24)100-xGex(x=2,4,6)合金采用 Ge合金化生成單一 Gd5Ge3晶體相的方法,獲得了比以往三元 Gd-Ni-Al合金具有更高的非晶形成能力的、臨界尺寸為3 mm的三
3、元 Gd57Ni17.2Al25.8塊體金屬玻璃新成分。Gd57Ni17.2Al25.8塊體金屬玻璃的磁轉(zhuǎn)變溫度為73 K,在0~50 kOe磁場(chǎng)下的最大磁熵變?yōu)?.4 Jkg-1K-1,該合金磁熵變大小隨溫度變化比較平緩,作為磁致冷工質(zhì),有利于獲得大的相對(duì)制冷量。
2.采用 Zr元素合金化獲得了臨界直徑為3 mm的塊體金屬玻璃Gd55Ni17Al26Zr2,該合金同樣具有比本文之前報(bào)導(dǎo)的所有 Gd-Ni-Al合金更好的非晶形
4、成能力;利用相似元素(Y,Cu)替代的方法,并不能將Gd-Ni-Al非晶合金的臨界尺寸提高到更大值。改變合金中某些元素的比率,對(duì)Gd-Ni-Al塊體金屬玻璃的非晶形成能力和熱穩(wěn)定性有一定的影響:提高 Ni/Al比率,能夠改善塊體金屬玻璃的非晶形成能力,但是降低其熱穩(wěn)定性;提高Gd/Al比率,Gd-Ni-Al非晶合金的玻璃形成能力先增加后降低。Zr合金化對(duì)Gd-Ni-Al塊體金屬玻璃的居里溫度和最大磁熵變影響不明顯。但是,經(jīng)Zr合金化后,
5、Gd-Ni-Al塊體金屬玻璃最大磁熵變出現(xiàn)了一個(gè)10 K寬度的平臺(tái)區(qū),形成了“桌面型”磁熱效應(yīng)。
3.本文制備出了Gd-Ni-Al-(Y-Zr)大塊金屬玻璃復(fù)合材料,并且發(fā)現(xiàn)復(fù)合塊體金屬玻璃中非晶相和晶體相的相對(duì)含量影響合金磁熱效應(yīng)的大小和類型。在這些復(fù)合非晶合金中,Gd56Ni15Al27Zr2合金獲得了具有“桌面型”特征的磁熱效應(yīng),其磁熵變平臺(tái)的高度為6.0 J/kgK,平臺(tái)寬度為25 K,并且該合金在不同外加磁場(chǎng)下都保持
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