gdsige系室温磁致冷材料制备工艺及性能研究

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1、摘要Gd5Si20e二是在1997年AmesLab报道的一种优秀的室温磁致冷材料，山于这种材料在居盟温度附近发生一级磁晶斗f：I变，使得这种材料的最大磁熵变足稀土金属钆的两倍，出现了巨磁热效应。但是这种巨磁热效应受原料钆纯度的影呐，采川低纯钆制备的这种合金相对于高纯原料合金磁热效应大幅度降低，仅与普通金属钆相当，而4N级高纯钆其成本是2N级普通钆的几十倍，材料成本高同时该材料属于金属问化合物，材料的脆性大，难于加：I：成型，针对这些问题，本文采用2N级低纯钆为原料，分别采用电弧熔炼、中频感应熔炼，快淬薄：f}j=三种不同：亡艺制备GdjSi2Ge2

2、化合物，通过对不同制备：[艺以及合金晶体结构的研究，得到合适的制备：】：：艺，提高低纯原料合金的磁热性能．降低Gd5Si2Ge2材料的制衙成本。电弧熔炼是实验室普遍采用的一种制备材料的方法，这种方法操作简单，制备周期短，容易获得高真空以及较高的熔炼温度，但是¨I于电弧熔炼nq～Il热方式不均匀．给材料i带来了一定程度的侗析，需要经过多次翻熔。经过XRD分析，发现I乜弧熔炼样一W，包括Gd5Si2Ge!．型单斜棚、Gdssi4氆!ni交相以及少量的Gdj(Si．Oe)，、Gd(Si．Ge)十I11。最大等温磁熵变为725．I／kg．K，居罩温度298

3、K，磁化吐¨线没有f¨现一级棚变特征。“t；频感应熔炼是z,Ik生产上普遍采用的冶炼工艺，这种方法适于熔炼大质量的块状材判，在真空条件下列材料进行一定时州的精炼，在电磁搅拌的作用下使材料各组元充分反应，浇注模通常采用水冷，冷却速度快。感应熔炼制备好的样。谨，通过XRD、磁热性能检测，发现该样r％与电弧熔炼样·讯类似，包括Gd5Si2Ge2一型单斜干f【、GdsSi4·型下交棚以及少量的Gd5(si．Ge)3、Gd(Si．Ge)一{qil，其中Gd5Si2Ge二一型Jn斜棚为主棚，磁化¨“线形状表现为一级磁品棚变，最大等温磁熵变为17．5．I／kgK

4、，居里温度273K。快淬薄带熔炼：I：：艺特点是冷却速度：l

5、二常怏，可以达到103K／S，是另两种：1二艺冷却速度的近百倍。分析结果表

6、lJj

7、，恢样品属GdiSi4一型诈交单棚绷织．磁化⋯I线与电弧熔炼样一引州以，最大等温躐熵变为83J／kgK．居垠温度303K。争r剥‘样·孙显微纠衙自中⋯J见的9c=i-【规mIJ“线条”!队特钶：绑l纱l，本文Ⅷf究了1jf刊i令述对合金样一￡1-显微结构及棚组成的影f恻，通过列备件。宵l的利比分析，认为【亥”线条“：扶特征组织属Gd。Si。．型证交相。通过本课题的研究可以得出以下结论，通过I乜弧熔炼、中频

8、感应熔炼．快淬薄：特三种刁i同工艺的对比发现．不同的凝固速度决定了Gd5Si二Ge!合金样品中的最终棚组成。在冷却速度最快的薄带样。目rI=

9、=1出现了GdsSi。．型正交单相组织，相变类型为典型的二级相变。I司时本文以2N级普通金属钆为原料，采用感应熔炼工艺制备出了具有巨磁热效应的GdiSi2Ge2合金，其磁热性能接近高纯原料Gd5Si2Ge!合金，十IIX,J--]二高纯原料合金，在保持其磁热性能的前提下，合金成本大幅降低。关键词：磁致冷巨磁热效应电弧熔炼感应熔炼快淬薄带PreparationandpropertiesofGdySizGezal

10、loyforroomtemperaturemagneticrefrigerationAbstractGdsSi2Ge2alloyreportedby'AmesLabin1997undergoesveryunusualmagneto—structuraltransition．exhibitsagiantmagneto—caloriceffect(MCE)makingthismaterialapromisingcandidateforroomtemperaturemagneticrefrigerationhowever．whenacommercial-

11、gradegadoliniummetalisusedtoprepareGdsSi2Ge2．theMCE(-aSM=8J／kgK)issignificantlyinferiortothatMCE(一ASM2-20J／kgK)obtainedwhenhigh-puritymetalisutilized．Beyondthat．thepriceofthehigh·puritygadoliniummetalisfiftyfoldasmanyofthecommercial—gradeandGdySi2Ge2isinherentlybrittleanddiffi

12、cultmachiningInviewofsuchsituation．threekindsofdifl’erentcraf