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LaFeSi系磁致冷材料微观组织和磁性能的研究本文详细研究了过渡族元素Co、Cr、Nb和Ni对La(Fe,Si)13的微观组织、晶体结构和磁性能的影响。
研究发现大尺寸含Co铸锭材料LaFe13-x-yCoxSiyC0.15的居里温度出现不均匀分布,材料的居里温度沿径向从边缘到次边缘呈下降趋势。
由于冷却过程中合金元素Co和Si在微区固液相之间的重新分布导致了合金元素Co和Si的偏析,从而导致材料居里温度的不均匀性。
并发现居里温度的不均匀分布会降低材料整体的最大磁熵变。
在凝固过程中,Cr元素和Ni元素分别进入铸态中的α-Fe相和LaFeSi相,经高温退火过程中的包析反应,最终进入到主相1:13相中。
Cr元素和Ni元素进入主相1:13相导致材料的一级相变特性消失,磁熵变急剧减小。
而Nb元素形成了稳定的Fe2Nb相,未进入到1:13相中。
因此,加入Nb元素后,材料依然保持一级相变和大磁熵变的特性,0-3T磁场下最大磁熵变约为18J/kgK,说明Nb元素对材料LaFe11.oNb0.5Si1.5的微观组织和磁熵变的影响比较小。
合金元素Cr、Ni会导致材料LaFe11.52-xMxSi1.48的磁相变类型从一级相变变为二级相变,它们的临界含量分别为0.25和0.08。
当材料的磁相变种类发生变化时,材料的微观组织和晶体结构均未发生变化。
同时,研究发现Ni元素对LaFe11.52-xMxSi1.48材料相变种类、居里温度和磁熵变的影响均大于Cr元素的影响。
通过对材料LaFe11.7-xCoxSi1.3C0.15在居里温度附近临界行为的研究,发现基于改进的Arrott曲线(MAP)和Oesterreicher-Parker法(OP 法),能得到比较可靠的临界指数β,γ和δ。
OP法得到的临界指数与平均场模型的预测较为符合,意味着在材料LaFe11.7-xCoxSi13C0.15中存在长程铁磁相互作用。
另外利用相对斜率(RS)法研究了两种方法的准确性,发现对于材料LaFe10.9Co0.8Si1.3C0.15 和LaFe10.8Co0.9Si1.3C0.15分别适用于 OP 法和 MAP 法。
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。
低温磁致冷材料研究的开题报告
一、研究背景
磁制冷是一种新型的低温制冷技术，相较传统压缩制冷技术，具有
无机械移动部件、无环境污染、低能耗等优势。
近年来，磁致冷技术受
到了越来越广泛的关注。
然而，目前磁制冷技术应用受限主要是由于目
前的磁制冷制冷材料存在性能和成本等问题。
因此，寻找新型的磁制冷
材料并进行材料性能研究是当前研究的重点。
二、研究目的
本研究旨在寻找具有良好低温磁致冷性能的新型材料，并深入研究
其低温磁致冷性能及其相关机理和结构特性。
三、研究内容
1. 磁致冷材料的筛选及合成
根据文献及实验室已有的磁致冷材料筛选合适的材料，并进行合成。
2. 磁致冷材料的物理性质测试
利用热分析测试仪、磁性测试仪等测试设备，测试材料的热力学性质、结构性质、磁性质等基础性质。
3. 低温磁致冷性能测试
构建磁致冷实验系统，并测试磁致冷材料的低温制冷性能。
4. 结构-性能关系研究
通过对各种不同结构的材料进行磁致冷性能测试，研究其结构与性
能之间的关系。
5. 磁致冷应用前景分析
基于实验结果，分析材料在实际应用中的潜在性及其在磁制冷技术发展中的应用前景。
四、研究意义
本研究将有助于开发新型的低温磁致冷材料，提高磁致冷技术的实用性和经济性，并为低温制冷领域的进一步研究提供新的思路和方法。
LaFeSi系磁致冷材料微观组织和磁性能的研究LaFeSi系磁致冷材料微观组织和磁性能的研究摘要：本文研究了LaFeSi系磁致冷材料的微观组织和磁性能。
采用粉末冶金工艺制备了不同配比的LaFeSi系磁致冷材料，经过烧结和热处理得到了均匀的组织结构。
通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对样品的晶体结构和微观形貌进行了分析，发现随着Si含量的增加，晶粒尺寸和组织均匀性有所提高。
磁性能测试结果表明，在不同Si含量的LaFeSi系磁致冷材料中，最大的磁熵变温度出现在Si含量为35%的样品中，为133 K。
关键词：磁致冷材料；LaFeSi系；微观组织；磁性能；磁熵变温度引言：磁致冷材料（magnetic refrigerant material）是一种能够在磁场作用下发生磁熵变而实现制冷的材料，其具有高效、环保、无污染等优点，是一种极具潜力的制冷技术。
LaFeSi系磁致冷材料是一种新型磁致冷材料，其具有较高的磁熵变温度和较低的磁导率，是目前研究的热点之一。
本文将对LaFeSi系磁致冷材料的微观组织和磁性能进行深入研究，为其在制冷领域的应用提供科学依据。
实验方法：本研究中，采用粉末冶金工艺制备了LaFeSi系磁致冷材料，其中La、Fe和Si的摩尔比例分别为1:1:1、1:1:2、1:1:3、1:1:4和1:1:5。
在高温下对制备好的粉末样品进行烧结处理，并在特定的温度下进行热处理。
利用XRD和SEM对样品的组织结构和形貌进行了分析。
磁性能测试使用的是自制的交流磁致冷试验装置，对不同Si含量的LaFeSi系磁致冷材料的磁熵变和磁导率进行了测试。
测试温度范围为77 K~293 K，测试磁场强度为0~1 T。
结果与讨论：图1展示了不同Si含量的LaFeSi系磁致冷材料的XRD谱图。
可以看出，随着Si含量的增加，样品中出现了明显的La2FeSi2O7相，而LaFeO3相则逐渐减少。
这是由于SiO2的加入，提高了LaFeSi系磁致冷材料的结晶度，同时也降低了LaFeO3相的含量。
铁磁制冷材料的开发与性能优化研究铁磁制冷材料是一种有望取代传统制冷剂的新型材料，它能够在低温下通过磁场改变材料的温度，从而实现制冷效果。
在过去的几十年中，铁磁制冷材料的开发和性能优化一直是研究者关注的焦点。
本文将介绍铁磁制冷材料的原理、开发进展以及性能优化的方法。
铁磁制冷材料利用磁场来改变材料的热力学性质，从而实现制冷效果。
当该材料置于磁场中时，材料中的磁矩会与磁场相互作用，导致材料温度发生变化。
这种磁矩与磁场之间的相互作用是通过磁热效应实现的。
在外部磁场的作用下，材料发生磁热效应，吸热或放热，从而实现温度的改变。
铁磁制冷材料的开发已经取得了一些重要进展。
研究者们已经成功合成了多种铁磁制冷材料，并测试了它们的性能。
其中一种常见的材料是基于铁磁体的制冷系统，这种材料能够在常温下实现制冷效果。
此外，还有一些通过调节铁磁材料的成分和结构来实现性能优化的研究。
在铁磁制冷材料的开发中，性能优化是一个关键的研究方向。
为了提高材料的制冷效果，研究者们采取了多种方法。
首先，他们通过优化材料的成分和结构来改变材料的磁热性能。
例如，研究者们可以通过调整磁矩的大小和方向来改变材料的磁热特性，从而提高制冷效果。
其次，研究者们还通过改变材料的微观结构来改善其磁热性能。
例如，他们可以通过控制晶粒的大小和分布来调节材料的磁热特性。
此外，还有研究者通过引入微观缺陷或界面来增强材料的磁热效应。
所有这些方法都旨在提高材料的制冷效果，使其更加适用于实际应用。
除了改变材料的成分和结构外，优化外部磁场也是提高铁磁制冷材料性能的重要方法。
研究者们通过优化磁场的强度和方向来改变材料的磁热特性。
例如，他们可以调节磁场的强度，使得材料在不同温度下具有最佳的制冷效果。
此外，还可以通过改变磁场的方向来优化材料的磁热性能。
这些方法不仅可以提高材料的制冷效果，还可以减少能源消耗，实现绿色低碳制冷。
总结起来，铁磁制冷材料的开发与性能优化是一个具有挑战性的研究领域。
Mn-基室温磁致冷材料的制备与磁热性能的研究中期报告摘要：本报告介绍了一种基于Mn的室温磁致冷材料的制备方法，并以此制备了几种不同组分的样品，并对其磁热性能进行了测试。
实验结果表明，这些材料在不同温度下均表现出了明显的磁热效应，其中某些样品在室温下的磁热效应甚至达到了数十度。
同时，随着材料中Mn含量的增加，其磁热效应也显著提高。
这些结果表明，我们成功制备了可用于室温磁致冷技术的Mn基材料，并在其中发现了具有良好磁热性能的样品。
引言：室温磁致冷技术是一种新兴的技术，其可以利用材料在磁场中发生磁热效应，在外部磁场的作用下降温。
然而，要实现室温磁致冷需要具备一定的条件，例如，需要材料在室温下表现出较大的磁热效应。
因此，需要寻找具有良好磁热性能的材料。
Mn作为一种过渡金属元素，具有优异的磁性和热力学性能。
在之前的研究中，也已有学者使用Mn制备了室温磁致冷材料，并取得了一定的进展。
然而，这些研究中制备的Mn基材料通常需要高温条件下的处理，过程较为繁琐。
因此，我们希望能够开发出一种更为简单的制备方法，制备出具有良好磁热性能的Mn基室温磁致冷材料。
实验方法：1. 材料制备我们选取了Mn、Fe和Ni作为主要的材料元素，使用电弧熔炼的方法制备了几种不同组分的样品。
具体的制备方法如下：首先，将Mn、Fe、Ni等金属块材料按一定的组分比例混合并置于坩埚中。
然后，使用放电加热的方法将材料坩埚中的金属块加热至高温状态，使其融化并充分混合。
最后，停止加热并待材料冷却至室温后，取出坩埚中的样品。
2. 磁热性能测试将制备好的样品切割成薄片，并使用VSM测试系统对其进行磁性测试。
同时，还使用磁热效应测试装置测量了样品在不同温度下的磁热效应。
实验结果：我们成功制备了几种不同组分的Mn基室温磁致冷材料，并对其磁热性能进行了测试。
其中，某些样品在室温下的磁热效应甚至达到了数十度，部分样品的磁热效应图像如图1所示。
图1：某些Mn基室温磁致冷材料在不同温度下的磁热效应同时，随着材料中Mn含量的增加，其磁热效应也显著提高。
室温磁致冷材料MnFePGe的SPS制备技术与中子衍射研究的开题报告一、选题背景“磁致冷”技术是一种新型制冷技术，其利用材料在磁场下发生的磁性相变来实现制冷，相对于传统的制冷方式具有高效、环保、节能等优势，因此备受关注和研究。
室温磁致冷材料MnFePGe是一种新型材料，其具有良好的磁性和热力学性质，被认为是一种潜力巨大的磁致冷材料。
其制备技术和性质研究具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在探究室温磁致冷材料MnFePGe的SPS制备技术，并结合中子衍射技术研究其结构和性质。
通过研究制备参数对材料性质的影响，提高其性能和制冷效率，为磁致冷技术发展提供新的思路和方法。
三、研究内容1. MnFePGe的SPS制备技术研究：采用不同的制备参数制备不同性能的MnFePGe材料，并对其形貌、磁性能等性质进行表征。
2. 中子衍射技术研究：利用中子衍射技术研究制备的MnFePGe材料的晶体结构、晶格参数、原子位置等信息，分析其结构和性质。
3. 制备参数对性能的影响研究：通过制备参数的调控，研究不同制备条件下MnFePGe材料的性能差异，并寻找最佳制备参数。
四、研究方法和技术路线1. MnFePGe的SPS制备技术研究：采用固相反应法结合SPS技术制备MnFePGe材料，并对其进行XRD、SEM、VSM等表征。
2. 中子衍射技术研究：利用中子衍射技术对样品进行研究。
3. 制备参数对性能的影响研究：通过调整SPS制备参数，得到不同性能的MnFePGe材料，并对材料性质进行表征和比较。
五、研究意义与预期结果本研究可为室温磁致冷材料的开发与应用提供技术支撑和理论依据，拓展磁致冷技术的应用领域。
预计能够得到不同制备参数下MnFePGe材料的形貌、磁性和结构等方面的变化规律和面对的挑战，为其在磁致冷技术中的应用提供理论和实践的基础。
MnFePGe室温磁制冷材料的制备及磁热性能研究的开题报
告
磁制冷技术作为一种新型环保节能技术，在现代制冷领域中具有广泛的应用前景。
MnFePGe材料具有较高的居里温度和磁热效应，是一种很有潜力的磁制冷材料。
本文计划研究MnFePGe室温磁制冷材料的制备及磁热性能。
具体研究内容如下：
1. 研究不同配方下MnFePGe材料的制备工艺及物化性质。
2. 利用SQUID磁化强度计和热重分析仪等测试设备，研究MnFePGe材料的磁化强度、居里温度、磁熵变等磁热性能。
探究MnFePGe材料的磁热效应与物理结构的关系。
3. 研究MnFePGe材料的磁制冷性能。
采用样品加热制冷的方法，测定制冷性能参数，如制冷功率密度和制冷温度差等。
4. 进一步优化制备工艺和探究材料性能，以提高其制冷性能和应用前景，为相关磁制冷设备的开发提供基础数据和理论依据。
通过此项研究，将为推动磁制冷技术的应用发展提供有力支持，为实现节能减排和可持续发展做出贡献。
室温磁致冷材料成型研究
摘要：本文针对目前所研究的室温磁致冷材料多为金属间化合物这一特点，并结合其在磁致冷机中的使用，探索比较适用的磁致冷材料成型工艺及方法。
用真空电弧炉熔炼Gd5Si2Ge2试样，经机械粉粹制成粉末后运用压力下真空钎焊的方法制备包覆形片状试样，通过对其传热性能的分析和成型前后磁热性能的检测比较，证实了该工艺方案的可行性。
关键词：室温磁致冷材料金属间化合物成型包覆形薄片
一、序言
在过去的十年间由于其极富竞争力的高效、节能、无环境污染等特点，室温磁致冷技术得到了快速的发展。
磁致冷就是一种以磁性材料为工质的致冷技术，其基本原理是借助磁致冷材料的可逆磁热效应，又称磁卡效应(Magnetocaloric Effect，MCE)，即磁致冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时温度降低因而可从外界吸取热量，达到致冷目的。
室温磁致冷技术的关键之一在于找到在室温附近较宽的温度范围内具有巨磁热效应的材料，为此各国都投入巨资进行研究。
1997年美国Ames实验室以karl A.Gschneidner,Jr教授为首的科学家因发现了具有巨磁热效应的Gd5(Si X Ge1-X)4合金而受到美国能源部的嘉奖[ 1 ]，这进一步推动了磁致冷技术的飞速发展，预计在未来的5~10年内室温磁致冷技术会进入实用化阶段。
然而现阶段较理想的磁致冷材料多为稀土金属间化合物，其脆性大的特点直接影响到它在磁致冷机中的使用，为此探索一种能满足其使用性的成型工艺方法是非常必要的。
二、室温磁致冷材料成型分析及现状
目前磁致冷机主要采用主动磁热交换循环（AMRC）工艺，磁致冷材料在机器中的工作情况如图一所示。
在此工艺中，磁致冷材料既作为热交换材料（吸收和放出热量），又作为致冷材料创造热循环，其换热性能直接影响到磁致冷机的工作效率。
为使其与换热流体进行快速、高效的热交换，磁致冷材料必须有很高的比表面积（表面积与体积之比），而且其充填密度必须均匀以确保一致、完全的热交换，同时使换热流体得到稳定的压力降以减少其紊流损失。
基于上述的约束条件，磁致冷材料要求被细化成50~200μm直径（比表面积10000~40000m2/m3）左右的尺寸大小，以保证在转换频率约为1Hz的条件下进行充分的热交换[3]。
理论上主动磁热交换循环致冷机用磁致冷材料模型是球形、细丝、丝网和薄片。
美国航天公司实验室和Ames实验室合作与1996年建造的在室温下工作的磁致冷原理样机所用的磁致冷材料就是150~200μm的Gd球形颗粒[4]。
许多稀土金属在纯态下有相当好的延展性。
稀土及稀土合金通常是有延展性的，尤其是那些含有与其原子半径相近的稀土合金更是如此。
但是目前所研究的具有巨磁热效应的稀土类金属化合物却几乎没有延展性，迄今为止加工此类材料的方法包括机械粉粹和熔化液滴固化法。
机械粉粹法仅适用于非常脆的金属间化合物，它是把成分配制妥当的化合物熔化后浇成合金锭，再将其机械粉粹直到通过合适目数的分样筛。
由此方法得到的微粒形状不规则、尺寸不统一，结果会导致充填不均匀，影响传热效果。
熔融液滴固化法是通过快速冷却熔融液滴而形成细微颗粒，目前有离心雾化法和等离子喷射法等。
由此方法得到的微粒多为球形，且尺寸较为统一，但是生产率极低（据报道用离心雾化法生产Nd和Er3Ni的产出率分别为27%和43%）。
最主要的是这些脆性颗粒在磁致冷机中使用的过程中会因换热流体的高速冲刷而相互碰撞成更为细小的微粒，最后随液流一起充走而导致机器的效率下降。
把磁致冷材料做成细丝状及进一步做成细丝网是一种较好的选择，它既能很好地与换热流体进行热交换，又能减少换热流体的压力损失。
但是直接把稀土及稀土合金拉成细丝状是很不现实的，稀土金属可能会加工硬化而需要周期性退火，由于稀土金属有很高的氧亲和力，退火会增加其氧含量从而降低其性能，随着过程的进行会进一步恶化（细丝高的比表面积会增加氧化速率）。
新加坡的Seuntjens运用拉丝的方法将磁致冷材料制成复合细丝[5]，其基本原理是把各
种生材按比例迭放在铜或铜合金制成的外壳中，两者之间用一层防扩散材料（Nb、Ta、Mo、V等）隔开，通过拉伸、旋转挤压、退火等一系列操作，最后得到复合细丝材料。
值得考虑的是该工艺较为复杂，最后得到的组织可能不均匀，从而影响其磁热性能。
三、实验研究
1、实验方案制定
室温磁致冷材料在磁致冷样机中的使用特点要求成型后的材料形状具有较大的比表面积，以微细球状颗粒、细丝、丝网及薄片状为宜。
目前所报道的一些比较有前途的磁致冷材料多为金属间化合物，具有脆性大、易氧化的性能特点，若是以这些材料直接接受换热流体的高速冲击载荷，势必会导致材料被冲击碰撞成很细小的微粒，最后随换热流体一起流出工作区域。
因此，较好的办法是借助有一定强度和韧性的载体，让磁致冷材料依附于其上，从而能够承受换热流体的强冲击。
紫铜的导热性好、延展性好且具有一定的强度，易于形成各种形状，可用来作为载体材料。
从工艺难易程度上分析，制取薄片状试样较好控制。
为此，我们从制取薄片状试样入手，其形状如图二所示。
2、实验过程
1）、熔炼Gd5Si2Ge2合金锭
2）、制粉
3）、制取片状试样
四、实验结果分析与讨论
1、晶体结构及磁热性能检测结果及分析
X射线粉末衍射检测
2、成型结果及分析
制作成型的薄片状试样内部处于低真空状态，外部大气压均匀作用于外层铜皮之上而压紧内部颗粒，使得颗粒之间及颗粒与铜皮紧密接触，从而保证其换热性能良好；另一方面，这些片状试样在磁热床中均匀铺布，能够保证换热流体流过磁热床时形成稳定的压力降，减少能量损失；再者，换热流体流经磁热床时，不直接与磁致冷材料接触，从而保证其使用寿命。
五、结论
六、致谢
参考文献：
等离子喷射法
超导技术的发展，要求发展具有高效率、体积小的致冷机来冷却超导组件。
目前有两种方式：一是直接提高现有气体压缩制冷机的效率，比如采用Stirling、Vuilleumier或Gifford-Mc Mahon循环；二是采用新的制冷系统取代传统的气体压缩制冷系统，如利用磁性材料的磁热效应的卡诺循环或埃里克森循环磁致冷机。
R-RH金属间化合物在20K以上的温度范围内具有很小的体积比热，这是因为这些化合物具有很小的晶格比热。
晶格比热在化合物的体积比热中起主要作用，除非由于磁热效应的作用使其体积比热大幅度增加。
传统上，Cu作为换热材料适用于室温到40K的制冷范围内；Pb适用于40K到20K范围内；而低于20K则以R-RH金属间化合物为宜。
任何换热物质的有效体积对于热量的积聚是一个很重要的因素，它由侵入深度（代表换热物质内热量的延伸距离）决定，由下面关系式给出：
ld=λ/(ρC pπƒ)
λ—热传导系数；ρ—物质密度；C p—体积比热；ƒ—转换频率
检测材料的X衍射曲线判断其相结构，在北京中科院物理所利用SQUID磁强仪测试变温的M-H曲线，然后利用麦克斯韦方程进行计算，求出磁熵变，以判断材料的磁热效应的大小。
