放电等离子烧结（Mn,Fe） 2 （P,Si,Ge,B）化合物的磁性与磁热效应研究
发布时间：2021-11-14 13:58
磁制冷技术是以磁性材料作为制冷工质并且应用磁性材料的磁热效应内禀属性达到制冷目的。磁制冷技术选取具有较大磁热效应的固态材料作为工质,因此相较于气体压缩式制冷,磁制冷技术具有制冷效率高、节能环保、制冷机体积小等优势。MnFeP1-xAsx型化合物是一种磁学性能优良、制备工艺简单、成本低廉且具有巨磁热效应的磁制冷材料,但其中As元素有剧毒,因此通常在研究过程中使用无毒的Si和Ge完全取代As,形成（MnFe）2（P,Si,Ge）型化合物。在化合物中添加B元素还可以进一步优化材料的磁学性能。对于材料的制备方式来讲,通常采用球磨-烧结法、快淬法、熔炼铸锭法等制备（MnFe）2（P,Si,Ge,B）型化合物,但制备样品的实验周期普遍较长、能耗高,所得样品的致密度低。因此,本文采用具有升温速度快、烧结时间短和烧结温度低等优点的放电等离子烧结技术制备（MnFe）2（P,Si,Ge,B）型化合物,研究烧结压力、烧结温度和保温时间对材料微观结构与磁性能的影响规律。此外,本文还分别研究了在化合物中...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁热效应循环示意图[0]
- 9 -磁制冷材料的制备方式有很多，诸如烧结法、熔炼铸锭法、快淬法、SPS 法等[50,51]。对于 MnFe(P,Si,Ge)化合物常见的制备方法是将球磨法与热处理相结合，D.T.CamThanh[21]等人采用球磨 200h并将材料烧结至 1100℃后在 650℃条件下保温 50h，制备得到 MnFeP0.67Si0.22Ge0.11合金的 TC=270K ，热滞 △Thys=22K ， 0-2T 磁场时的-△ST=14J/kgK。此外，熔炼铸锭也是一种常见的材料制备工艺，J.W. Lai[6]等人采用铸锭法制备出 Mn1.15Fe0.85P0.55Si0.45合金后将锭子在 1423K 的环境温度中热处理 80h，材料的热滞达到 41.7K，可以看出，烧结方法与铸锭热处理方法的实验周期比较长并且材料的热滞都非常大。X. Chen[51]等人利用快淬方法制备了 Mn1.1Fe0.9P0.75Ge0.25合金对其在 1223K 温度下分别进行热处理 3、9 和 15h，对应材料在 5T 磁场时的最大磁熵变-△ST=7.7、25.0 和 21.9J/kg K，因此采用熔体快淬法并适当缩短热处理时间，也可制备出具有较大磁热效应的化合物。但快淬薄带的质地松脆，并不能充当工质实际应用
内蒙古科技大学硕士学位论文实验具体的烧结工艺参数是：烧结压力在 10~50MPa 范围内连续可调，烧结温度范围是 700~900℃，保温时间范围 5~30min，烧结系统的真空度 8Pa。图 2.3 是放电等离子烧结系统设备的整体外观图。放电等离子烧结系统的基本原理图如图 2.4 所示，在系统中的上下两极之间通有脉冲电流，其中一部分脉冲电流通过烧结模具的压头组件直接传导至待烧结的粉体，粉末颗粒受到脉冲电流的作用其表面开始活化并产生热量。此外，另一部分的脉冲电流会传导至模具套筒，对模具起到加热作用，模具对包裹在其内部的粉体传热。在两方面传热方式共同作用下，待烧结的粉体温度开始升高，逐渐收缩并产生密度，粉体的收缩过程将持续至烧结结束。烧结压力通过上、下两极在烧结过程中对材料施加，压力亦可保持至烧结过程结束。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Extended x-ray absorption fine structure study of MnFeP0.56Si0.44 compound[J]. 李英杰,哈斯朝鲁,乌仁图雅,宋志强,欧志强,特古斯,中井生央. Chinese Physics B. 2015(08)
[2]MnFe（PGe） compounds: Preparation, structural evolution,and magnetocaloric effects[J]. 岳明,张红国,刘丹敏,张久兴. Chinese Physics B. 2015(01)
[3]MnFeP0.56Si0.44Bx合金的磁热效应[J]. 徐萌,张伟,松林,宋志强,葛玉梅,李海军,特古斯. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2013(05)
[4]MnFeP0.63Ge（0.12）Si0.25Bx（x=0,0.01,0.02,0.03）化合物的磁热效应[J]. 王冬梅,松林,王耀辉,张伟,毕力格,特古斯. 金属学报. 2011(03)
[5]室温磁制冷工质材料的研究进展[J]. 李立明,胡星浩,张鹏,侯雪玲. 材料导报. 2008(S3)
[6]室温磁制冷工质材料最新研究进展[J]. 吴晓薇,赵保利,阿木古楞. 磁性材料及器件. 2003(03)
硕士论文
[1]元素替代对MnFeP0.77Ge0.23化合物磁性与磁热效应的影响[D]. 鲍迪.内蒙古师范大学 2017
[2]Mn-Fe-P-Si系合金的结构、相变和磁热效应研究[D]. 朱忠仁.华南理工大学 2015
[3]Fe-Mn-Si基复合型室温磁制冷工质研究[D]. 哈斯朝鲁.内蒙古师范大学 2012
[4]Gd基固溶体与稀土—过渡金属非晶条带的制备、磁性及磁热效应[D]. 唐鹏飞.华南理工大学 2011
[5](Mn，Fe)2（P，Si，Ge）化合物的磁性和磁热效应[D]. 王高峰.内蒙古师范大学 2007
本文编号：3494764
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁热效应循环示意图[0]
- 9 -磁制冷材料的制备方式有很多，诸如烧结法、熔炼铸锭法、快淬法、SPS 法等[50,51]。对于 MnFe(P,Si,Ge)化合物常见的制备方法是将球磨法与热处理相结合，D.T.CamThanh[21]等人采用球磨 200h并将材料烧结至 1100℃后在 650℃条件下保温 50h，制备得到 MnFeP0.67Si0.22Ge0.11合金的 TC=270K ，热滞 △Thys=22K ， 0-2T 磁场时的-△ST=14J/kgK。此外，熔炼铸锭也是一种常见的材料制备工艺，J.W. Lai[6]等人采用铸锭法制备出 Mn1.15Fe0.85P0.55Si0.45合金后将锭子在 1423K 的环境温度中热处理 80h，材料的热滞达到 41.7K，可以看出，烧结方法与铸锭热处理方法的实验周期比较长并且材料的热滞都非常大。X. Chen[51]等人利用快淬方法制备了 Mn1.1Fe0.9P0.75Ge0.25合金对其在 1223K 温度下分别进行热处理 3、9 和 15h，对应材料在 5T 磁场时的最大磁熵变-△ST=7.7、25.0 和 21.9J/kg K，因此采用熔体快淬法并适当缩短热处理时间，也可制备出具有较大磁热效应的化合物。但快淬薄带的质地松脆，并不能充当工质实际应用
内蒙古科技大学硕士学位论文实验具体的烧结工艺参数是：烧结压力在 10~50MPa 范围内连续可调，烧结温度范围是 700~900℃，保温时间范围 5~30min，烧结系统的真空度 8Pa。图 2.3 是放电等离子烧结系统设备的整体外观图。放电等离子烧结系统的基本原理图如图 2.4 所示，在系统中的上下两极之间通有脉冲电流，其中一部分脉冲电流通过烧结模具的压头组件直接传导至待烧结的粉体，粉末颗粒受到脉冲电流的作用其表面开始活化并产生热量。此外，另一部分的脉冲电流会传导至模具套筒，对模具起到加热作用，模具对包裹在其内部的粉体传热。在两方面传热方式共同作用下，待烧结的粉体温度开始升高，逐渐收缩并产生密度，粉体的收缩过程将持续至烧结结束。烧结压力通过上、下两极在烧结过程中对材料施加，压力亦可保持至烧结过程结束。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Extended x-ray absorption fine structure study of MnFeP0.56Si0.44 compound[J]. 李英杰,哈斯朝鲁,乌仁图雅,宋志强,欧志强,特古斯,中井生央. Chinese Physics B. 2015(08)
[2]MnFe（PGe） compounds: Preparation, structural evolution,and magnetocaloric effects[J]. 岳明,张红国,刘丹敏,张久兴. Chinese Physics B. 2015(01)
[3]MnFeP0.56Si0.44Bx合金的磁热效应[J]. 徐萌,张伟,松林,宋志强,葛玉梅,李海军,特古斯. 内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2013(05)
[4]MnFeP0.63Ge（0.12）Si0.25Bx（x=0,0.01,0.02,0.03）化合物的磁热效应[J]. 王冬梅,松林,王耀辉,张伟,毕力格,特古斯. 金属学报. 2011(03)
[5]室温磁制冷工质材料的研究进展[J]. 李立明,胡星浩,张鹏,侯雪玲. 材料导报. 2008(S3)
[6]室温磁制冷工质材料最新研究进展[J]. 吴晓薇,赵保利,阿木古楞. 磁性材料及器件. 2003(03)
硕士论文
[1]元素替代对MnFeP0.77Ge0.23化合物磁性与磁热效应的影响[D]. 鲍迪.内蒙古师范大学 2017
[2]Mn-Fe-P-Si系合金的结构、相变和磁热效应研究[D]. 朱忠仁.华南理工大学 2015
[3]Fe-Mn-Si基复合型室温磁制冷工质研究[D]. 哈斯朝鲁.内蒙古师范大学 2012
[4]Gd基固溶体与稀土—过渡金属非晶条带的制备、磁性及磁热效应[D]. 唐鹏飞.华南理工大学 2011
[5](Mn，Fe)2（P，Si，Ge）化合物的磁性和磁热效应[D]. 王高峰.内蒙古师范大学 2007
本文编号：3494764
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