多組元GeSiGe系磁制冷材料及其復(fù)合化研究.pdf

1、磁制冷技術(shù)是一種具有節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的新型制冷技術(shù)。以Gd5Si2Ge2為代表的Gd5(SixGe1-x)4系金屬間化合物因其優(yōu)異的磁熱性能而有望成為室溫區(qū)磁制冷技術(shù)的工質(zhì)材料。但是，這類材料的磁熱性能在很大程度上受到其成分及結(jié)構(gòu)的影響。另一方面，這類材料還存在制冷溫跨窄的問題。具體而言，一旦工作溫度偏離TC時(shí)，材料的磁熱效應(yīng)就會(huì)急劇減小。這對于其實(shí)用化造成了很大的困難。針對上述問題，本文首先制備了Gd5Si2Ge2合金，研究了原料純度

2、、制備工藝對其組成結(jié)構(gòu)和磁熱性能的影響，制備出了具有良好磁熱性能的Gd5Si2Ge2合金。在此基礎(chǔ)上，采用復(fù)合化的技術(shù)制備了具有層狀結(jié)構(gòu)Gd/GdSiGe復(fù)合型磁制冷材料。較好地解決了單組元材料制冷溫跨低的問題，同時(shí)建立了材料的磁熱效應(yīng)疊加理論模型。 用懸浮熔煉爐分別熔煉以低純Gd(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)＞98.9％)和高純Gd(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)＞99.49％)為原料的Gd5Si2Ge2合金，利用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測量了上述樣品在不同溫度下

3、的等溫磁化曲線(M-H曲線)，并結(jié)合公式計(jì)算出材料的磁熵變，利用智能磁熱效應(yīng)測量儀測量樣品的絕熱溫變。研究發(fā)現(xiàn)Gd的純度對合金的磁熱性能具有重大的影響。低純合金由于組織成分均勻性差，其磁化曲線無法形成一級相變，因此導(dǎo)致合金的磁熱效應(yīng)明顯偏低。將高純Gd制備的Gd5Si2Ge2合金在不同溫度下真空退火，發(fā)現(xiàn)隨著退火溫度的升高，其磁熵變和絕熱溫變逐漸增大，到一定溫度時(shí)其磁熵變及絕熱溫變呈降低的趨勢。在最好的退火條件下，Gd5Si2Ge2合金

4、的最大磁熵變?yōu)?.6(JKg-1·K-1)。 用SPS放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了Gd/GdSiGe層狀復(fù)合磁制冷材料，用掃描電子顯微鏡觀察了Gd/GdSiGe層狀復(fù)合磁制冷材料的顯微組織，用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)及智能磁熱效應(yīng)測量儀測量了Gd/GdSiGe層狀復(fù)合磁制冷材料的磁熱效應(yīng)。所制備復(fù)合材料的界面清晰，過渡層厚度低于10微米，磁熱效應(yīng)曲線比單組元的曲線平緩，使其適合磁埃里克森循環(huán)，同時(shí)通過調(diào)整復(fù)合材料各單組元的復(fù)合比可以調(diào)整復(fù)合磁