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探索新型室温磁制冷材料是当代科学研究的热点课题之一。现已发现的室温巨磁热效应材料是具有高磁化强度的一级相变材料。我们试图研究R(Fe,T)11化合物磁热效应，但在制备样品的过程中发现用La(Fe,Si)11配比制备的样品容易形成NaZn13型La(Fe,Si)13化合物。这使我们研究这种制备新工艺及用此工艺制备出试样的磁热效应性能。本文主要报道用1:11化学配比制备的La(Fe,T)13(T为稳定元素)化合物的制备条件与物相、晶体结构、磁性和磁热效应。
本文研究内容和结果如下：(1)1:11化学配比的LaFe11-xSix(x=1.2，1.4，1.8，2.0)化合物在1373 K经2小时退火后形成晶体结构为NaZn13型结构(空间群Fm3c)，并带有少量的α-Fe相。随着Si含量的增加，居里点从185 K线性增加到261 K。该系列化合物在外加磁场变化为0-1.5 T时，等温磁熵变分别为15.4 J/kgK、11 J/kgK、2.4 J/kgK、1.9 J/kgK。扫描电镜和能谱分析表明：LaFe9.8Si1.2和LaFe9.6Si1.4的主相成分分别为LaFe10.8Si1.09和LaFe10.58Si1.78，化学配比非常接近1:13相。(2)对LaFe9.8Si1.2和LaFe9.6Si1.4化合物在1373 K分别退火2小时、50小时、100小时，并比较了其晶体结构及磁热效应。结果表明：退火时间的延长可使α-Fe相的含量明显减少，而且能增加其等温磁熵变。(3)为了提高LaFe9.8Si1.2和LaFe9.6Si1.4化合物的居里点，对化合物添加了适量的Co元素。对LaFe9.8-xCoxSi1.2(x=0.8，0.9)化合物进行了扫描电镜分析和能谱分析，主相成分分别为LaFe9.96Co0.11Si1.51和LaFe10.08Co0.15Si1.21，化学配比与1:13很接近。用朗道理论拟合了等温磁化曲线及等温磁熵变，实验结果与理论计算值符合的很好。通过朗道系数的变化规律讨论了Co元素对相变的影响。(4)研究了未退火条件下的LaFe11-xSix(x=2.0，2.2，2.4，2.6，2.8，3.0，4.0，5.0)化合物的晶体结构及其磁热效应。当Si含量在2≤x<2.6时，化合物结晶为NaZn13型(空间群Fm3c)结构。当Si含量在2.8≤x≤5时，晶体结构为Ce2Ni17Si9型结构。LaFe11-xSix(x=2.0，2.2，2.4)化合物的居里点分别为：260 K，255 K，240 K，等温磁熵变分别为1.9 J/kgK，2.1J/kgK和1.3 J/kgK。LaFe11-xSix(x=2.2，2.4)化合物的扫描电镜和能谱分析表明：其主相成分为LaFe9.88Si2.17和LaFe9.35Si2.26。从以上研究可以得出结论：以化学配比La(Fe,T)11制备的化合物在低Si含量时，经短时间退火即可得到单相性很好的NaZn13型La(Fe,T)13化合物。在高Si含量时不需要退火即可得到单相性很好的NaZn13型La(Fe,T)13化合物。所以这种制备方法对NaZn13型La(Fe,T)13化合物的制备是很有意义的。