通过吸放氢调节居里温度制备(La,Ce)(Fe,Si)13Hy化合物

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NaZn13型立方结构的La(Fe,Si)13系列合金,因其原材料价格便宜、化学性能相对稳定、具有大的磁热效应、环境友好、具有实用价值等优点而受到研究者青睐,此类化合物有望成为良好的磁制冷材料,并广泛应用于制冷行业。La(Fe,Si)13系列合金氢化处理后可以将居里温度提高到室温以上,同时具有较大的等温磁熵变。吸氢工艺存在的最大问题是由于难以控制吸氢量而无法有效的控制合金的居里温度,通过调节吸氢的温度、压力、时间可以调整一次性吸氢量,但是由于原材料纯度,环境变化,生产设备等不可控制因素导致吸氢工艺可重复性差,因此有效调节La(Fe,Si)13Hy合金的居里温度成为重要研究内容。在本课题中重点研究合金的居里温度和磁热性能。实验中采用工业块状原料,经冶炼退火后制得La1-xCexFe11.44Si1.56(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)系列母相合金。La1-xCexFe11.44Si1.56(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)合金研究结果表明:随着Ce含量的增加,合金的居里温度逐渐降低,最大等温磁熵变逐渐增大,在0~1.5T外磁场下最大可达到24.71J/kgK。La1-xCexFe11.44Si1.56(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)合金在0.1MPa(相对压力)、280℃的条件下吸氢5小时,研究结果表明:La1-xCexFe11.44Si1.56Hy(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)合金的居里温度均提高100K以上,部分达到室温,最大等温磁熵变虽有所降低,但仍然是金属Gd的3倍。选取La0.9Ce0.1Fe11.44Si1.56Hy合金放入真空热处理炉炉腔内,抽真空至1.9×10-3Pa后充入氩气,分别在200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃下保温180min;重复上述步骤,选取La0.8Ce0.2Fe11.44Si1.56Hy合金在210℃下分别保温0min、90min、180min、270min、360min、450min、540min;研究发现,一定温度下改变放氢时间的放氢工艺可以使合金居里温度连续变化,同时保持较大等温磁熵变;一定时间下改变放氢温度的放氢工艺使合金的居里温度降至272K,最大等温磁熵变随着放氢温度的升高有所降低;两种放氢工艺都是对氢含量进行微调,调节合金的居里温度在272K~316K之间连续变化,因此选取适当的放氢温度和放氢时间可以有效的调节合金的居里温度,以达到实用所需的温度范围。
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