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基于磁热效应的磁制冷作为一种全新的可替代气体压缩制冷的绿色环保制冷技术,具有广泛的应用前景。近些年来,具有Fe2P六方结构的Fe基室温磁制冷材料得到了研究者的广泛关注,其具有磁热效应大,居里温度随成分可调,价格低廉等优点。本文正是在这种研究背景下开展了对MnFeP(Ge,Si)系合金的制备及结构和磁热性能研究。 本实验采用机械合金化结合放电等离子烧结技术制备出MnFeP(Ge,Si)合金,利用X射线衍射技术、差示扫描量热仪(DSC)和振动样品磁强计(VSM)研究了合金的相结构、晶体结构参数、磁性转变过程及磁热性能。 第一,对Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24合金进行制备和表征。通过优化,获得了最佳制备工艺参数:球磨时间2.5h,烧结温度930℃。研究发现MnFePGe合金经过球磨烧结后均具有典型的Fe2P六方结构,但存在铁磁性杂相Ge6Fe3Mn4和氧化物MnO。该工艺制备出的Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24合金居里温度为253K,热滞为14K,说明该合金在居里温度处发生了从铁磁相到顺磁相的一级相变。此外该合金在0-2T外磁场变化下最大磁熵变为-37.5J/kg·K。通过退火处理,获得了无明显铁磁性杂相的Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24合金,在920℃退火条件下获得最佳磁热性能,磁体的居里温度达到298K,热滞减小到6K,最大磁熵变-11.7J/kg·K。适当的退火处理对于提高居里温度、减小热滞具有较好的效果。 第二,系统研究了MnFePSi合金的成分对其磁热性能的影响。发现机械合金化无法使MnFePSi合金呈单相Fe2P结构,但在SPS烧结后均可成相。首先研究了Mn/Fe比例对Mn1+xFe1-xP0.5Si0.5合金磁热性能的影响。发现合金的居里温度与热滞随着Mn含量的增加线性减少。其中Mn1.05Fe0.95P0.5Si0.5合金综合磁热性能最佳,此时居里温度为282K,存在40K的热滞,最大磁熵变在0-2T外加磁场变化下为-9.93J/kg·K。随后研究了P/Si比例对Mn1.05Fe0.95P1-xSix合金磁热性能的影响。随着Si含量的增加,居里温度逐渐增加,热滞减小,但与此同时磁熵变也显著降低。 第三,利用Ge元素替代部分Si元素制备MnFeP0.89-xSixGe0.11合金,发现随着Si元素的增加,合金的居里温度和0-2T磁场下最大磁熵变显著增加,同时热滞也有所降低。即通过添加Ge元素的同时提高Si含量,可以有效的提高了材料的磁热性能。其中,MnFeP0.63Si0.26Ge0.11合金的居里温度达到318K,热滞25K,在2T外磁场变化下最大磁熵变-27.9J/KgK,具有最佳的磁热性能。