LaFeSi系磁致冷材料微观组织和磁性能的研究

制冷领域磁制冷技术研究引言制冷系统是现代建筑和工业系统中不可或缺的一个部分，因此对于提升制冷系统效能和可靠性的技术的研究和发展具有极大的意义。

磁制冷技术在制冷系统中具有众多的潜力，是近年来颇受关注的一个领域。

本文将探讨制冷领域的磁制冷技术研究，主要包括磁致冷和基于磁熵变的制冷技术。

磁致冷技术磁致冷技术基于磁性材料在磁场中的磁致伸缩变现象。

磁性材料在磁场中的磁熵变可以与热的性质联系起来，即在磁场变化过程中，磁性材料的磁熵变与磁场的变化量成正比。

这样，磁性材料在磁场作用下的磁熵变将为制冷提供一种新的机制。

通过加强或减弱磁场，可以实现磁性材料的磁熵变，从而达到制冷的效果。

当磁性材料在磁场中发生磁态变化时，将会吸收热量。

这种热量吸收带来的效果使得磁致冷技术成为一种非常有前途的新型制冷技术。

磁致冷制冷剂通常包括磁性材料作为热交换介质，如磁性材料隔热层和磁性材料换热器。

磁性材料的磁熵变被应用于磁致冷制冷剂中，从而使其具有制冷效果。

在磁致冷制冷中，通常采用氢氟碳化物（HFC）和氢氟烯碳化物（HFO）等无卤素制冷剂材料。

这些制冷剂的使用可以避免由卤素化学物质产生的环境污染，使得磁致冷技术的应用更加环保。

基于磁熵变的制冷技术基于磁熵变的制冷技术是一种新型的制冷技术，它利用磁性材料的磁熵变特性，通过改变温度和磁场来实现制冷。

这种技术与传统压缩式制冷技术相比，具有高效、环保等优点。

基于磁熵变的制冷技术可以被分类为热辐射、机械驱动和热吸收三种类型。

热辐射型基于磁熵变制冷技术是一种通过吸收热辐射来制冷的技术。

在此技术中，磁性材料的磁熵变会引起热传输，这个过程可以吸收周围环境的热能。

这种制冷技术可以使用地球表面、空气和其他热源作为热源，使其具有广泛的适用性。

机械驱动型基于磁熵变制冷技术是一种通过机械驱动来实现制冷的技术。

它的基本原理是，当磁性材料在磁场中发生磁态变化时，它会吸收热量，这种热量吸收效应可以通过机械驱动来实现。

硕士学位论文非晶Fe-Si软磁箔的组织结构及磁性能研究RESEARCH ON MICROSTRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTY OF AMORPHOUS Fe-Si王卫光2009年6月国内图书分类号：TM271+.2 学校代码：10213 国际图书分类号：620 密级：公开工学硕士学位论文非晶Fe-Si软磁箔的组织结构及磁性能研究硕士研究生：王卫光导师：孙跃教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：航天学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TM271+.2U.D.C: 620Dissertation for the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON MICROSTRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTY OF AMORPHOUS Fe-SiCandidate：Weiguang WangSupervisor：Prof.Yue SunAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Materials Science Affiliation：Center of Composite Materials Date of Defence：June, 2009Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要Fe基非晶软磁合金具有优异的软磁性能，如磁导率高、电阻率大，磁损低、矫顽力小、磁滞伸缩小等。

然而，由于非晶属于热力学亚稳定结构，在一定的条件下，会发生晶化，进而影响材料的软磁性能。

相应的解决措施是进行控制晶化处理，获得纳米晶组织来改善稳定性，同时软磁性能不会因此发生明显恶化。

为获得非晶箔，对现有的EBPVD设备进行了改进。

摘 要凝固组织对铸件的性能有重要影响，对凝固组织的控制研究，过去一般采用物理实验的方法，浪费了大量的人力和物力，实验周期长，使得该方法在实际应用中的范围受到了一定限制。

随着金属凝固理论的日益完善以及计算机技术在材料科学、冶金学上应用的迅猛发展，使得计算机技术对凝固组织进行准确的模拟成为可能。

本文建立了有限元（Finite Element）和元胞自动机法（Cellular Automaton）相结合的宏微观耦合的CA-FE模型，采用有限元法（FE）计算宏观温度场，元胞自动机法（CA）计算微观凝固组织形成，与宏观传热进行耦合。

在微观计算中，形核计算采用了基于高斯分布的连续形核模型，生长计算采用了扩展的KGT模型，使其适用范围由二元合金扩展至多元合金。

应用CA-FE模型模拟了Al-Si合金的三维凝固组织，并进行了热态验证实验，应用修正的数学模型模拟并分析了原始成分、形核参数、浇注条件和铸模对凝固组织的影响。

研究结果表明：（1）模拟结果能够较为准确地反映出等轴晶和柱状晶的分布位置、比例和大小，并能较好描述凝固过程中晶粒生长情况，说明CA-FE模型是模拟凝固组织的有效模型；（2）降低原始成分Si含量以及提高过冷度是有利于柱状晶的发展，而增大形核密度是有利于等轴晶的发展，且能细化晶粒；（3）提高浇注温度，凝固组织中柱状晶增多，且晶粒明显变得粗大，而铸模外界冷却强度对铸件凝固组织的影响不大；（4）增大铸模厚度和使用冷却能力强的铸模都将使凝固组织中柱状晶比例增大，当使用冷却能力差的硅砂模时，凝固组织没有柱状晶而全为等轴晶。

关键词：有限元；元胞自动机法；数值模拟；凝固组织；等轴晶；柱状晶AbstractSolidification structure has an important influence on the performance of casting. In the past, the method of physical experiment was applied to the research of controling the solidification structure generally, however, a great deal of time and efforts should be put while using this method. so it is limited in the practical application. With the improvement of metal solidification theory and the rapid development of computer technology used in materials science and metallurgy, it has become possible to simulate the solidification structure accurately with computer technology.The CA-FE model was built through coupling the finite element and cellular automaton method. The finite element method was used to calculate macro temperature, and the cellular automaton method was used to simulate solidification microstructure with coupling the macro temperature calculation. In microstructure simulation, the nucleation adopts the continuous nucleation model based on Gaussian distribution, and the growth adopt the extended KGT model which fit complex alloy expanded from binary alloy. The three-dimensional solidification structures of Al-Si alloy was simulated by CA-FE model with hot verification test. In addition, the effects of primitive composition, nucleation parameters, casting conditions and the mold on solidification structures were analysised.The results show as follows:(1) The simulated results can accurately reflect the distribution, proportion, size of equiaxed grain and columnar grain，and can describe the grain growth well in the solidification process, so the CA-FE model is a effective model to simulate the solidification structure.(2) Reducing primitive composition of Si element and increasing undercooling are conducive to the development of columnar grains, but increasing nucleation density is conducive to the development of equiaxed grains, and can fine grains.(3) Raising the casting temperature, the proportion of columnar grain will increase, and the grains become coarse obviously，but the effect of the cooling intensity outside the mold on solidification structure is slight.(4) Enlarging the thickness of the mold or using the mold with strong cooling capacity, the proportion of columnar grain will increase. While using the Silica Sand mold with weak cooling capacity, the solidification structure were composed with all equiaxed grains and without columnar grain.Key words：finite element; cellular automaton; numerical simulation; solidification structure;equiaxed grain; columnar grain目 录第一章文献综述 (1)1.1 引言 (1)1.2 凝固组织的形成与控制 (2)1.2.1 铸件的凝固组织 (2)1.2.2 凝固组织的形成及影响因素 (3)1.2.3 凝固组织对铸件性能的影响 (4)1.2.4 凝固组织的控制 (5)1.3 凝固组织模拟的研究方法 (7)1.3.1 确定性方法(Deterministic Method) (7)1.3.2 随机性（概率）方法( Stochastic Method) (8)1.3.3 相场法(Phase field Method) (10)1.3.4 三种方法的对比 (11)1.4 凝固组织数值模拟的国内外研究进展 (12)1.4.1 国外研究 (12)1.4.2 国内研究 (15)1.4.3 存在问题及今后发展趋势 (16)1.5 本文所研究的主要工作 (17)第二章铸件凝固过程宏微观耦合模型 (19)2.1 宏观温度场计算模型 (19)2.1.1 热传递的基本方式 (19)2.1.2 热传导微分方程 (20)2.1.3 瞬态温度场的有限元解法 (21)2.2 微观动力学模型 (23)2.2.1 形核模型 (23)2.2.2 枝晶尖端动力学模型 (26)2.3 耦合计算模型 (29)2.3.1 耦合计算流程 (29)2.3.2 凝固潜热处理 (31)2.3.3 固相分数的确定 (32)2.4 本章小结 (33)第三章数学模型的计算与验证 (34)3.1 实验 (34)3.1.1 实验材料 (34)3.1.2 实验设备 (34)3.1.3 实验步骤 (35)3.1.4 实验结果 (35)3.2 数值模拟过程 (35)3.2.1 网格划分 (35)3.2.2 热物性参数 (35)3.2.3 初始条件 (36)3.2.4 边界条件 (37)3.2.5 生长系数 (37)3.2.6 形核参数 (38)3.3 模拟结果及分析 (38)3.3.1 模拟结果 (38)3.3.2 柱状晶生长 (40)3.3.3 中心等轴晶生长 (42)3.4 本章小结 (43)第四章 AL-SI合金凝固组织的数值模拟与分析 (44)4.1 原始成分对凝固组织的影响 (44)4.2 形核参数对凝固组织的影响 (45)4.2.1 过冷度对凝固组织的影响 (45)4.2.2 形核密度对凝固组织的影响 (46)4.3 浇注条件对凝固组织的影响 (47)4.3.1 浇注温度对凝固组织的影响 (47)4.3.2 外界冷却强度对凝固组织的影响 (49)4.4 铸模对凝固组织的影响 (50)4.4.1 铸模厚度对凝固组织的影响 (50)4.4.2 铸模材料对凝固组织的影响 (52)4.5 本章小结 (53)第五章：结论 (54)参考文献 (55)致谢 (58)附录：发表的论文 (59)第一章文献综述1.1 引言众所周知，决定铸件产品机械性能的最本质因素是铸件内部晶粒在宏观上的几何形态，即铸件的凝固组织结构，包括晶粒的形貌、大小、取向和分布等情况。

磁制冷材料研究进展1 引言随着全球温室效应的加剧,全球变暖越来越引起人们的关注,人们也越来越重视环境保护;从1989年起,蒙特利尔协议的生效,以氟利昂为主的传统制冷剂因会破坏臭氧层,导致温室效应而逐渐被禁用;具有环境友好,高效率的新型制冷技术迅猛发展,如：半导体制冷,磁制冷,电制冷等1;磁制冷技术是以磁性材料为工质,借助材料本身的磁热效应来制冷的一种绿色技术,制冷效率高达传统气体制冷的5～10 倍,可以显著节省能源;而且固态磁制冷材料的熵密度远大于气体,制冷机体积较小,不需要大幅度的气体压缩运动,运行平稳可靠;更为重要的是该技术无氟利昂、氨等制冷剂,无环境污染;目前在超低温领域中,利用原子核去磁制冷原理制取液化氦、氮、氢已得到广泛应用;在室温制冷方面,磁制冷有望在空调、冰箱等方面获得商业应用,成为未来最有发展前景的一种新型制冷技术2;3 磁制冷原理3.1 磁熵理论磁致冷是利用磁性材料的磁熵变化过程中吸热和放出热的制冷方式;从热力学观点看,磁致冷物质由自旋体系、晶格体系和传导电子体系组成,它们除了各自具有的热运动以外,各体系间还存在着种种相互作用,并且进行着热交换;当磁性工质达到热平衡状态时,各体系的温度都等于磁性工质的温度;磁性工质的熵为磁熵、晶格熵和电子熵的总和;在不考虑压力影响的情况下,磁性材料的其热力学性质可用吉布斯函数GM,T来描述磁场为H,温度为T,压力为P4;体系的吉布斯函数进行微分可得到熵：H H对方程6：i绝热条件下,dS = 0dT = -T/C H∂M/∂T H dH 7ii等温条件下,dT = 0dS = ∂M/∂T H dH 8iii等磁场条件下,dH = 0dS =C H/TdT 9如能通过实验测得MT,H和C H H,T,则根据方程可确定ΔT及ΔS M;3.2 磁制冷循环的原理磁致冷循环的制冷循环如图1所示;磁致冷材料的磁矩在无外加磁场情况下处于无序状态,磁熵较大；当磁致冷材料绝热磁化时,磁矩在磁场作用下与外磁场平行,磁有序度增加,磁熵值降低,向外界放出热量类似于气体压缩放热的情形；相反,当磁致冷材料绝热去磁时,材料的磁矩由于原子或离子的热运动又回复到随机排列的状态,磁有序度降低,磁熵增加,材料从外界吸收热量,使外界温度降低类似于气体膨胀吸热的情形；不断重复上面的循环,就可实现制冷目的;4 室温磁制冷材料磁致冷材料的性能主要取决于材料的磁热效应和相变温度居里温度：T等参量;磁热效应一般用一定外场变化下居里温度附近的等温磁熵变ΔS 或在该温度下的绝热温变ΔT 来表征;一般而言,对不同的磁致冷材料在相同的外加磁场强度下,|ΔS |或ΔT越大,则表明该材料的磁热效应就越大;性能优异的室温磁致冷材料应具有大的磁热效应,相变温度在室温区,热滞后和磁滞后小,易合成,低价格;稀土Gd具有较强的磁热效应,在5T外场变化下最大磁熵变和最大绝热温变分别为10J/kg·K、12K,通常被作为室温磁致冷材料性能对比的参照物;1997年美国的Pechasky和Gschneidner发现了Gd5SixGe1-x4具有巨磁热效应Giant Magneto– Caloric Effect,GMCE,在5T的外场变化下,磁熵变值为18.4～60J/kg·K,是纯Gd的2～6倍以上;这一突破性的研究进展使世界各国掀起了室温磁致冷材根据磁性产生机理的不同,可将目前几种典型的磁制冷材料分为4 类： 1 稀土磁制冷材料, 如常见的Gd、Gd5Si x Ge1 - x 4 、La Fe x Si1 - x13等； 2 类钙钛矿型锰氧化物RMnO3R为稀土；3 过渡族金属基材料,如MnFePAs2 Ge ,Si；4 Heusler型铁磁性材料,如Ni2Mn2XX = Ga ,In ,Sn等;下面将分别予以阐述;5.1 稀土磁制冷材料重稀土金属Gd是研究较早的室温磁制冷材料,目前开发的磁制冷样机大都以其作为制冷工质,这主要是由于Gd的自旋磁矩较大4f层有7 个未成对电子 ,居里温度恰好在室温区293K以及磁热效应显著5T外磁场下磁熵变约为9. 5J / kg ·K ;但由于99.99 %质量分数高纯金属Gd成本较高、化学稳定性差而且磁熵25.2 类钙钛矿型锰氧化物类钙钛矿型锰氧化物RMnO3由于磁性与晶格之间强烈耦合而在居里点附近存在较大的磁热效应;较其它磁制冷材料而言,其优点在于涡流损耗小、成本较低、制备简单、性能稳定、磁熵变较大,但居里温度偏低,很难应用于室温附近;如La2/ 3Ca1/ 3MnO3的磁熵变为金属Gd1.5 T磁场下约4.2J / kg ·K 的1. 5倍,达到6.26J / kg ·K ,但居里温度仅为267K;虽然可以通过调整元素比例或掺杂其它元素将居里温度调至室温,但磁熵变相应降低, 如La0. 6Nd0.22Na0.2MnO3在居里点295K处磁熵变仅为1.68J / kg ·K0～1 T ,La0.70Ca0.20Sr0.10MnO3在居里点308K处磁熵变降至3.6J / kg ·K 0～2 T;El2Hagary等发现Cu掺杂后的La0.77Sr0.23Mn0.9Cu0.1O3合金在325K处磁熵变达到4.41J / kg ·K 0 ～1 T,高于同条件下高纯金属Gd的26%,这是一个很大的突破;总之,类钙钛矿型锰氧化物的居里温度通常低于室温,虽然可以将其调高至室温区间,但磁熵变会急剧下降,这一点是该系合金应用必须要克服的问题;;且降低等,如能合理解决,其将具有很广阔的应用前景;5.4 Heusler型铁磁性材料近年来,许多研究学者发现具有热弹性马氏体相变的Heusler型铁磁性材料在马氏体相变点附近也会产生较大的磁热效应;2004年Aliev等报道了2.6 T磁场变化下,Ni2.104Mn0.924Ga0.972合金的磁熵变约为25J / kg ·K;都有为等发Ni45.Mn41.5In13.1合金在250K附近的磁熵变约为8J / kg ·K 0～1 T;2005年Krenke等4报道了5T磁场下Ni50Mn37Sn13的磁熵变达到19J / kg ·K;另外有一些CoMnSb ,Ge、Ni2Fe2Ga等合金的相关报道;6 面临的问题与发展趋势,磁Gd,制冷材料中研究最多的,La是稀土中相对较便宜的金属,与Gd金属化合物相比,成本有所降低,LaFe,Si13基合金又显示出巨磁热效应,但制冷温区较窄,热滞较明显,且化学稳定性不佳;La锰氧型钙钛矿化合物的磁热效应则很少能与Gd相比较;Heusler合金化合物所需原料较便宜,具有显著的的磁热效应,但绝热温变偏低,且NiMnGa合金的制作成本也较高,合金中Mn元素又易挥发,成分也难以控制,需要长时间高温热处理才能获得单相组织5;磁制冷技术进入实用化还需解决一系列难题,如较高的工作磁场、明显的热滞、较小的可调温宽等,为了寻找价格低廉且具有较大的磁热效应的室温磁制冷材料,可以从结构相变引起的磁熵变化考虑,也可以从一级相变引起的巨磁热效应研究探索新型高性能廉价的新材料考虑,还可以从提高合金母相中铁磁交换作用、增大奥氏体相与马氏体相之间的磁性差异获得较大的磁熵变考虑,以及增强磁场与晶格之间的耦合作用;将来的研究工作应该集中在充分利用材料的磁热效应,克服材料的磁滞和热滞现象,尽量在较低的磁场变化下获得较大的磁热效应,8 参考文献1杨斌,刘宏萱,朱根松,陈广军,陈剑明.室温磁制冷工质研究现状J.材料导报A：综述篇,2015,929：112-116.2吴殿震,郑红星,翟启杰.磁制冷材料研究进展J.材料导报A：综述篇,2011,258：9-14.3朱其明,梁建烈.室温磁制冷材料的研究现状J.中国西部科技,2011,1022：10-12.4李波.室温磁制冷技术和材料的发展J.江苏科技信息,2015,4：59-60.。

文章编号：2095-6835（2023）22-0008-06Si-Fe-RE（RE=La，Ce，Pr，Nd）物相及磁性的研究进展＊陈媛媛1，李升2，梁柳青1，蓝金凤1，李德贵1（1.百色学院材料科学与工程学院，广西百色533000；2.桂林理工大学材料科学与工程学院，广西桂林541004）摘要：Si-Fe-RE（RE=La，Ce，Pr，Nd）体系合金导电性能好、抗腐蚀性强、热稳定性高、加工性能好，特别是其磁制冷应用具有绿色环保且节能等优点，因而受到研究者的青睐。

以具有优良磁致冷性能的Si-Fe-RE体系合金为研究对象，分别对Si-Fe-La、Si-Fe-Ce、Si-Fe-Pr、Si-Fe-Nd等体系的新型合金物相、相关合金磁性能进行了分析，并探讨了元素掺杂对Si-Fe-RE系磁性合金的影响。

关键词：Si-Fe-稀土合金；磁性材料；磁制冷；磁性能中图分类号：TG113文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.22.003制冷技术在人们日常生活和生产中发挥着越来越重要的作用，其发展关系到各个重要行业和领域发展，如空调、冰箱、精密电子仪器、医疗卫生事业、航空航天技术等[1]。

当前，制冷技术主要是通过气体的压缩和膨胀实现，制冷剂主要为氟利昂等会对臭氧层造成严重破坏并导致温室效应的气体。

正因为氟利昂等物质会严重影响人类的生存环境，世界各国从2010年开始便逐渐禁止氟利昂等物质投入生产和使用，并开始找寻新的制冷剂。

当前所研制的氟利昂替代品在一定程度上仍存在着不足，如生产成本高、制冷效率低、能量损耗大等。

过去的几十年里，半导体制冷、涡流制冷、磁制冷、激光制冷及化学吸附制冷等新型的制冷技术不断涌现，其中磁制冷技术具有高效、节能、无污染等优点，而促进磁制冷技术得以发展的关键是具有磁热效应的磁制冷材料。

磁制冷技术目前被研究者们视为最有可能取代传统制冷的新型制冷技术之一[2]，因此对新型磁致冷材料的研究成为科技工作者、企业家关注的重点。

低温物理学中的超导与磁致冷低温物理学是研究物质在极低温下的物理性质的学科，其主要研究对象是低温下物质的超导、磁性、晶格振动等性质。

本文将着眼于低温物理学中的两个研究热点：超导和磁致冷。

超导是指某些材料在低温下电阻为零的现象。

超导材料的研究是低温物理学中的重要热点之一。

超导是低温物理学的重要分支之一，也是物理学的重要研究领域。

超导体的电阻是指在应用外部电势时，电流通过其体内时产生的电阻。

超导材料在仅受到磁场时不会发生电阻，这称为Meissner效应。

解释这个现象的重要理论是BCS理论，该理论于20世纪50年代由巴克斯、库珀和施利弗共同提出。

BCS理论指出，超导材料中的电子将形成一对相互联系的状态，这对状态称为Cooper电子对。

超导体的电子和电子之间通过相互作用产生库伦吸引力，而产生Cooper电子对，是超导体产生电阻为零的原因之一。

此外，超导材料中还存在一种电磁波，这种电磁波被称为超导体中的外部电磁波，这种电磁波具有极高的能量。

超导材料的发展历史可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克尔伍德·卡梅伦极低温下实验了铅的电阻，结果发现在一定温度范围内电阻降至零，这就是超导现象的第一次发现。

此后，超导材料在电子学、磁学、材料科学等领域有了广泛的应用。

随着科技的发展，超导材料的制备和性能也在不断提高，越来越多的应用被发掘出来，如超导磁体、超导磁浮车等。

磁致冷是一种利用磁热效应在机械过程中将气体冷却的方法。

磁致冷的原理是通过改变磁场使气体发生热效应，使其温度下降，从而达到冷却的效果。

磁致冷的研究是低温物理学中的另一个重要热点。

磁致冷的基本原理是磁热效应。

磁热效应是一种热力学现象，是指在磁场下的热力学实现过程中热力学参量发生变化的现象。

在磁场下，物质会发生热效应，即自发热或自发冷，当气体在磁场下自发冷却时，就是磁致冷。

磁致冷的具体实现方式有很多，如磁制冷、热力致冷、磁催化制冷等。

磁致冷与超导的结合是当前低温物理学研究中的热点之一。

磁制冷及磁制冷材料的研究进展作者：耿剑锋来源：《中国科技博览》2013年第01期中图分类号：U463.64+5文献标识码：U文章编号：1009-914X （2013）01-0292-01一、磁制冷简介传统压缩制冷技术广泛应用于各行各业，形成了庞大的产业，但它存在两个明显的缺陷：制冷效率低且氟利昂工质的泄漏会破坏大气臭氧层。

自2000年起蒙特利尔协议生效，污染大气环境及破坏大气臭氧层的氟里昂制冷剂将逐渐被禁用，新的气体制冷剂（如HFC－134a）相继问世并已进入商品化生产。

磁制冷作为一项高新绿色制冷技术，与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势：1.无环境污染；2.高效节能； 3.易于小型化； 4.稳定可靠；二、磁制冷的原理磁制冷方式是一种以磁性材料为工质的制冷技术。

其基本原理是借助磁制冷材料的可逆磁热效应，又称磁卡效应，即磁制冷材料等温磁化时，向外界放出热量，而绝热退磁时因温度降低，从外界吸取热量达到制冷目的。

三、磁制冷材料的研究进展对磁制冷工质的研究现状分20K以下，20K-80K，80K以上三个温区：1．20K以下温区：这个温区是利用磁卡诺循环进行制冷，工质材料处于顺磁状态。

主要研究了Gd3Ga5Ol2（GGG），Dy3Al5O12（DAG），Y2（SO4）2，Dy2Ti2O7，Gd2（SO4）3.8H2O，Gd（OH）2，Gd（PO3）3，DyPO4[6]，Er3Ni．ErNi2，DyNi2，HoNi2，Er0.6Dy0.4，Ni2ErAl2[7]等。

4.2K以下常用GGG和Gd2（SO4）3.8H2O等材料生产液氦，而4.2K-20K则常用GGG、DAG进行氦液化前级制冷。

GGG适于1.5K 以下，特别是10K以下优于DAG。

在10K以上特别是在15K以上DAG明显优于GGG。

另外，Shull等研究表明Gd3Ga5-x Fe2O12（GGIG）（x=2.5）具有超顺磁性，在较低磁场下就能达到饱和，对于采用低场实现20K以下温区的磁制冷具有重要作用。

La(Fe,Si)_(13)系磁制冷材料的改性研究磁制冷技术是一种新兴的制冷技术,它具有绿色环保、高效节能、噪音小、可靠性高等优点,应用前景十分广阔。

磁制冷技术的关键是磁制冷材料,NaZn13型La(Fe,Si)13合金基于其无毒无害、原料成本低、巨磁热效应等优点,成为最具有应用前景的室温磁制冷材料之一。

然而其居里温度较低(200K左右)、力学性能和导热性较差,无法满足室温制冷应用的需求,已有研究发现掺入间隙H原子可以使La(Fe,Si)13化合物的居里温度达到室温。

传统的气体渗氢技术具有耗能高,工艺繁琐且成品力学性能差等潜在在弊端,本论文采用固态态渗工艺制备样品,将储氢合金Sm5Mg41Hx与La(Fe,Si)13系合金粉末以及焊锡粉按一定比例均匀混合进行冷压及低温热压处理,然后在较高温下进行渗氢处理,在达到渗氢效果的同时实现材料的成型,从而改善材料的力学性能,提高其致密度。

获得的主要结论如下:将LaFe1165Si1i35与Sm5Mg41Hx按照质量比为9:1的比例均匀混合,进行冷压成型后通过不同温度的热处理制备(LaFe1i65Si1.35+Sm5Mg41Hx)复合样品,复合样品的居里温度(Tc)均提高了150 K左右,而且在保持大的磁熵变和制冷量的同时降低了材料的磁滞;与LaFe1.65Si1.35样品相比较,复合样品的温跨也有一定程度的提高。

表明通过固态渗氢工艺能够制备具有较高磁热效应的LaFe11.65Si1.35Hx制冷材料。

其中,当热处理温度为783 K时,(LaFe11.65Si1.35+Sm5Mg41Hx)复合样品的综合性能最佳。

基于以上结果,选取了 Lao.8Ce0.2Fe11.47Mn0.23Si1.3材料作为研究对象,Ce和Mn元素的添加提高了材料磁熵变和氢化物的稳定性。

将其与Sm5Mg41Hx储氢合金按质量比为20:1、15:1、10:1、5:1 的比例混合冷压固态渗氢,研究添加不同比例储氢合金对La0.8Ce0.2Fe11.47Mn0.23Si13磁制冷材料性能的影响。

磁学材料的微观结构与磁性特性磁学材料是一类具有特殊的微观结构和磁性特性的材料。

它们在现代科学技术中扮演着重要的角色，广泛应用于电磁设备、数据存储技术、医学成像等领域。

本文将讨论磁学材料的微观结构与磁性特性，并探讨其在不同应用中的重要性。

首先，我们先来了解磁学材料的微观结构。

磁学材料的微观结构主要由磁性离子或原子组成。

这些磁性离子或原子具有自旋和轨道角动量，从而产生了磁性。

常见的磁学材料包括铁、镍、钴等过渡金属元素及其化合物。

在这些材料中，磁性离子或原子的排列方式对磁性特性起着重要作用。

其次，磁学材料的磁性特性主要取决于其微观结构。

在无外加磁场作用下，磁学材料会自发地形成磁矩的有序排列状态，即铁磁态、反铁磁态或顺磁态。

在铁磁态中，磁矩呈现同向排列，导致材料表现出强磁性。

反铁磁态中，相邻的磁矩呈相反方向排列，导致材料表现出较弱的磁性。

而顺磁态中，磁矩呈无序排列，导致材料表现出较弱的磁性。

此外，外加磁场的强弱和方向也会对磁学材料的磁性产生影响。

除了微观结构，磁学材料的组分和制备方法也会对其磁性特性有所影响。

例如，添加不同的合金元素或调整烧结工艺，可以改变磁学材料的晶体结构、晶格常数和晶界结构，从而调控磁学材料的磁性。

此外，磁学材料的制备方法也包括溶胶凝胶法、磁化法、高温烧结法等，它们可以控制材料的微观结构和磁性。

磁学材料在不同领域中具有广泛的应用。

首先，磁学材料在电磁设备中发挥着重要作用。

例如，铁氧体材料广泛应用于电动机、变压器、感应加热设备等。

这些材料具有高导磁率和低涡流损耗，可以提高电磁设备的效率。

其次，磁学材料在数据存储技术中也有重要应用。

硬盘驱动器中的磁性记录介质就是利用了磁学材料的磁性特性进行数据存储和读取。

此外，磁学材料还广泛应用于医学成像领域。

例如，磁共振成像（MRI）就是利用磁学材料的特性，通过外加磁场和梯度磁场对人体组织进行成像。

总之，磁学材料的微观结构和磁性特性对于其性能和应用具有重要影响。

磁制冷材料研究进展姓名：王永莉单位：有色院磁制冷材料研究进展摘要：1989等[1]。

,制制冷剂,1881过改变顺磁材料的磁化强度导致可逆温度变化。

1926年Debye，1927年Giuque两位科学家分别从理论上推导出可以利用绝热去磁制冷的结论后，极大地促进了磁制冷的发展。

1933年Giauque等人以顺磁盐Gd2(SO4)3·8H2O为工质成功获得了1K以下的超低温，从此，在超低温范围内，磁制冷发挥了很大的作用，一直到现在这种超低温磁制冷技术已经很成熟。

随着磁制冷技术的迅速发展，其研究工作也逐步从低温向高温发展。

1976年，美国NASA Lewis和首先采用金属Gd为磁制冷介质，采用Stiring循环，在7T磁场下进行了室温磁制冷试验，开创了室温磁制冷的新纪元，人们开始转向寻找高性能的室温磁致冷材料的研究[3]。

3 磁制冷原理3.1 磁熵理论磁致冷是利用磁性材料的磁熵变化过程中吸热和放出热的制冷方式。

从热力学观点看，磁致冷物质由自旋体系、晶格体系和传导电子体系组成，它们除了各自具有的热运动以外，各体系间还存在着种种相互作用，并且进行着热交换。

当磁性工质达到热平衡状态时，各体系的温度都等于磁性工质的温度。

磁性工质的熵为磁熵、晶格熵和电子熵的总和。

在不考虑压力影响的情况下，磁性材[4]C H将（dS =(i)(ii)dS = (?M/?T)H dH (8)(iii)等磁场条件下，dH = 0dS =（C H/T)dT (9)如能通过实验测得M(T,H)和C H(H,T)，则根据方程可确定ΔT及ΔS M。

3.2 磁制冷循环的原理磁致冷循环的制冷循环如图1所示。

磁致冷材料的磁矩在无外加磁场情况下处于无序状态，磁熵较大；当磁致冷材料绝热磁化时，磁矩在磁场作用下与外磁场平行，磁有序度增加，磁熵值降低，向外界放出热量(类似于气体压缩放热的情形)；相反，当磁致冷材料绝热去磁时，材料的磁矩由于原子或离子的热运动又回复到随机排列的状态，磁有序度降低，磁熵增加，材料从外界吸收热量，使外界温度降低(类似于气体膨胀吸热的情形)；不断重复上面的循环，就可实现制冷目的。