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-xCoxSi1

3C0.15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。可以通过改变Cr元素含量来调节材料LaFe11.52-xCrxSi1 48的居里温度和负热膨胀的温度窗口。在150-220K温度区间内,材料

LaFe1137CrO15S1148和LaFe10.97Cr0.55Si1.48有较大的负热膨胀系数,分别为-53.46×10-6K-1和-31.30×10-6K-1。