【摘 要】
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正交相Mn基合金(如MnCoSi、MnNiGe以及MnCoGe合金)是一类特殊的磁性功能材料。在这类合金中,Mn原子是磁矩的主要携带者,且磁矩的排列方式完全由Mn-Mn间距决定。当间距小于某一临界值时,合金表现为反铁磁性;而当间距大于该临界值后,合金展现铁磁性。在上述正交相Mn基合金中,Mn-Mn间距恰处在该临界值附近,故外加能量(如磁场)能够有效地影响合金磁性,诱导磁性相变的发生。该磁性相变伴随
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正交相Mn基合金(如MnCoSi、MnNiGe以及MnCoGe合金)是一类特殊的磁性功能材料。在这类合金中,Mn原子是磁矩的主要携带者,且磁矩的排列方式完全由Mn-Mn间距决定。当间距小于某一临界值时,合金表现为反铁磁性;而当间距大于该临界值后,合金展现铁磁性。在上述正交相Mn基合金中,Mn-Mn间距恰处在该临界值附近,故外加能量(如磁场)能够有效地影响合金磁性,诱导磁性相变的发生。该磁性相变伴随可观的可逆磁热效应,在磁制冷机中具有潜在的应用价值。然而,由于这类合金在高温发生体积变化巨大的正交TiNiSi-六角Ni2In结构相变,制备所得的合金通常遍布裂纹或粉末化。这为机械加工成型造成了困难,大幅度降低了合金的实用性。为了解决该不足,消除合金的结构相变以制备致密合金样品是可行的方案。本论文从两个角度出发,以获得致密正交相Mn基合金为目标,通过制备方案的改进,最终获得了致密且织构化的(Fe,Co)MnP合金。该合金展现出类似MnCoSi合金的磁性相变,具有较大的可逆磁热效应。论文所取得的主要结果如下:(1)本文选取Mn0.9Co1.1Ge1-xPx合金作为研究对象,通过提高P的掺杂量,观察P对合金晶体结构的影响。P的引入易导致正交Co2P相的产生。虽然Co2P和TiNiSi相具有相似的晶体结构,但其引入不能增加低温TiNiSi相的稳定性,所以对提升结构相变温度无贡献。(2)本文基于不同方法制备了(Fe,Co)MnP合金,在结合粉末冶金、熔炼以及定向凝固三种方法的基础上,最终获得了致密的有织构的(Fe,Co)MnP合金。相比于MnCoSi、MnNiGe以及MnCoGe合金,(Fe,Co)MnP合金具有稳定的正交Co2P结构。(3)织构化的(Fe,Co)MnP合金表现出温度和磁场诱导的“二重磁性相变”。这种特殊的相变具有驱动磁场小、热滞低的优点。定向凝固样品的最大磁热效应为1.585 Jkg-1K-1(240 K,0-2 T),大于正分CoMnSi合金(ΔSM≈0.2 Jkg-1K-1,0-2 T)以及MnCoSi1-xGex合金(ΔSM≈1.1 Jkg-1K-1,0-2 T)在相同变场下的磁热效应。
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