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稀土永磁材料和磁致冷材料由于具备广泛的应用价值一直都是材料研究的热点。本文通过X射线粉末衍射、中子衍射、磁性测量等方法对多型性Pr5Si2Ge2化合物、La1-xYxMn2Si2化合物以及CaCus型结构及其衍生结构化合物(包括Nd1-xRxCo5+y(R=Tb、Dy和Ho)和GdCox系列化合物)的晶体结构和磁性能进行了研究,得到如下主要结果:
中子衍射实验证实多型性Pr5Si2Ge2化合物在室温条件下具有两种不同的晶体结构:四方t-Pr5Si2Ge2化合物为2r5Si4型结构,空间群为P41212;单斜m-Pr5Si2Ge2化合物为Gd5Si2Ge2型结构,空间群为P1121/a。变温中子衍射实验结果表明t-Pr5Si2Ge2化合物在Tc=52 K附近发生长程磁有序转变,磁结构模型可以用磁空间群P4122来描述;m-Pr5Si2Ge2化合物在Tc=40 K附近发生长程磁有序转变,磁结构模型可以用磁空间群P1121/α,来描述。两种结构化合物在居里温度以下都没有发现其它磁相交,而在居里温度附近都能观察到发生微弱的负磁体积效应。两种晶体结构之间具有很多相似与不同之处,这是两种结构都能够在室温相对稳定存在的原因,同时也决定了多型性Pr5Si2Ge化合物与结构相关的物理性质。
合成了La1-xYxMn2Si2化合物并对其结构与磁性进行了研究。晶胞参数α、c和晶胞体积V的值随着Y含量的增加而减小。磁取向样品的X射线衍射表明La1-xYxMn2Si2化合物的易磁化方向随着Y含量的增加由易轴变为易面。变温X射线粉末衍射和磁测量结果则说明磁结构的转变对晶胞参数尤其是c有较大的影响。此外还通过测量不同温度的磁化曲线计算了La0.75Y0.25Mn2Si2化合物的等温磁熵变|△S|,虽然磁熵变分布的温度范围比较广,但由于|△S|很小,因而不是理想的磁制冷材料。
X射线衍射图谱表明所有制备的Nd41-xRxCo5+y(R=Tb、Dy、Ho)金属间化合物都形成了CaCus型晶体结构单相。晶胞参数α和晶胞体积V的值都随着重稀土元素成分的增加而线性减小,符合镧系收缩的规律。从磁测量结果来看,所有化合物样品都表现为铁磁性,居里温度随着所替代重稀土元素含量的增加而增高;饱和磁化强度在富轻稀土端随着重稀土元素替代量的增加而降低,并且在富重稀土端出现一个极小值。所有Nd1-xRxCo5+y(R=Tb、Dy、Ho)化合物中都存在复杂的自旋重取向转变。
采用铜模吸铸的方法制备了GdCo系列化合物。根据测定固溶体边界的点阵常数法,名义配比成分Co含量为7.65时是两相和单相区的边界点。磁取向样品的X射线衍射图谱表明室温下为锥各向异性。随着Co元素含量的增加化合物的居里温度升高,饱和磁化强度变大,且远高于通过加入第三组元所形成的TbCu7结构化合物的饱和磁化强度值。