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本论文综述了室温磁致冷材料的最新进展。为了探索新型的室温附近的磁致冷材料,系统地研究了Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>和Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>系列化合物的组织结构和在室温附近的磁性能,主要得出了以下一些结论:
采用真空熔炼法制备了R<,2>Me<,17>型稀土.铁基化合物Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>和Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>,样品分别经过1173 K×168 h和1223 K×168 h真空均匀化退火处理后,水淬冷却至室温。再经粉末X.射线衍射、金相、SEM及能谱分析,结果表明:Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>和Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>化合物都具有菱方Th<,2>Zn<,17>型结构。
Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>化合物,其基体组织是2:17型(Ce,Pr)<,2>(Fe,Co)<,17>相,其第二相主要是1:7型的(Ce,Pr)(Fe,Co)<,7>相以及少量的口α-Fe。掺Al的Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>化合物中,2:17型Prz(Fe,Al)<,17>是主相,1:7型的Pr(Fe,Al)<,7>是次相。
掺杂对化合物的晶体类型没有产生影响,只是不同程度的改变了化合物的晶格常数a、c和晶胞体积V。
采用超导量子干涉仪(SQUID)测量上述铁基化合物的磁性和磁熵变,结果表明,Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>化合物和Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>化合物的居里温度T<,c>可以通过成分微调(掺杂Pr或Al)使其处在我们所需要的室温附近,这些化合物在居里温度附近具有较大的磁熵变△S<,M>,制冷温区较宽,它们的磁熵变对温度的关系曲线呈典型的λ形状,亦即该类合金在居里点处发生的相变属于二级相变。
在Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>合金以及Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>铁基化合物中,居里温度T<,c>以上 时磁场诱发的变磁转变(顺磁态转变为铁磁态)行为的发生,促使其磁熵变峰随着外磁场的增加向高温区不对称的扩展,导致在比较宽的温度区间内出现了一个磁 熵变平台,从而满足了磁Ericsson型磁制冷机的条件,这对提高磁致冷材料的致冷能力以及磁制冷的应用具有现实意义。
Ce<,2-x>Pr<,x>Fe<,16.5>Co<,0.5>和Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>化合物不仅在居里温度附近存在较宽的制冷温区,而且还保持了较大的磁熵变,这使得该类合金适合用来制备梯度功能复合材料。此外,它们还具有很高的性价比。例如Pr<,2>Fe<,17-x>Al<,x>系列化合物的磁熵变在低场下达到了纯金属Gd的58%~65%;而在高场下能达到纯金属Gd的54%~60%,但样品中不含贵金属元素,其成本只有纯金属Gd的10%左右,具有很高的性价比,再加上它的化学性质稳定、制冷范围宽等优点,与其它类型的制冷材料相比,是一类具有较大应用潜力的新型室温磁制冷工质材料。