稀土元素对La(Fe0.88Si0.12)13合金相结构及磁相变行为的影响

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1、单位代码10006学号14011021分类号TB31毕业设计（论文）稀土元素对La(Fe0.88Si0.12)13合金相结构及磁相变行为的影响学院名称材料科学与工程学院专业名称材料科学学生姓名郁峥指导教师王敬民2018年6月北京航空航天大学本科生毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：稀土元素对La(Fe0.88Si0.12)13合金相结构及磁相变行为的影响Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：La-Fe-Si应用于磁制冷，有两个关键参数：等温熵变（绝热温变）和制冷温区。二者均与铁磁性相的饱和磁化强度密切相关。三元La-Fe-Si的饱和磁化强度实验值已经达到

2、理论值，添加Co元素，能有效提高饱和磁化强度，但一级相变转变为二级相变，磁热效应显著降低。因此，如何在保持一级相变特征的前提下，有效提高La-Fe-Si的饱和磁化强度，至关重要。La-Fe-Si合金的磁性仅来源于Fe原子，而La原子由于4f电子数为零，不提供磁矩。La系元素，一共有14种，除周期表左端La元素和右端镱和镥外，其他元素均有较大的原子磁矩。由此，我们想到，是否能采用磁矩大于0的其他稀土元素取代部分La元素，从而提高La-Fe-Si的饱和磁化强度呢？我们知道，La系元素，随原子序数增加，其原子半径减小，同时，4f电子数也逐渐增加，这导致，从轻稀土转变为重稀土，磁矩也增大，其中

3、，Tb、Dy、Ho的磁矩较大。那么，是否有可能通过掺杂某种稀土元素，或共掺杂某两种稀土元素，来有效调控La-Fe-Si的相变温度和磁性能呢？因此，需要系统研究稀土元素对La-Fe-Si合金的相结构、磁相变特征、磁性能和磁热效应的影响规律。本文希望通过成分设计，获得具有最优性能的La-Fe-Si基磁制冷材料。Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容：在La(Fe0.88Si0.12)13合金中加入稀土元素揭示稀土元素掺杂La-Fe-Si合金的相结构、磁相变特征（主要是温度和滞后）、饱和磁化强度和磁熵变的影响规律，建立相变温度和饱和磁化强度与稀土原子尺寸和电子结构之间的关系，为通过掺杂稀土元素，设计出

4、高性能La-Fe-Si基磁制冷材料奠定重要基础。Ⅳ、主要参考资料：[1]LaFeSi系合金室温磁热性能及循环稳定性研究_袁泽明,[2]周寿增.稀土永磁材料及其应用[M]北京:冶金工业出版社,1990:17-331[3]J.M.DCoey.Magnetismandmagneticmaterials[M].CambridgeUniversityPress,2010.[4]2006LargemagnetocaloriceffectsenhancedbypartialsubstitutionofCeforLainLa(Fe0.88Si0.12)13compound.材料科学与工程学院材料科学与

5、工程专业类14011021班学生郁峥毕业设计（论文）时间：2017年12月1日至2018年5月31日答辩时间：2018年6月6日成绩：指导教师：王敬民兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：材料科学系（教研室）主任（签字）：北京航空航天大学毕业设计(论文)本人声明我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。作者：郁峥签字：时间：2018年6月北京航空航天大学毕业设计(论文)第VII页稀土元素对La(Fe0.88Si0.12)13合金相结构及磁相变行为的影响学生：郁峥指导老师：王敬民摘要永磁材料常见于发电设备、传感设备的构成

6、之中。目前，研究界致力于开发成本低廉且性能优质的新一代非稀土永磁材料。镧铁硅合金被普遍地接受为实用的室温磁制冷材料，不过它的主相要经过最少一个星期的退火才能得到，且非常难以制得低硅含量的单相。近期，中国科学院下属研究所的稀土磁性功能材料实验室发现了一类富含La元素的非化学计量比成分限值，在这种成分范围内只需几个小时便能够迅速地生成La、Fe、Si主相，其中还因包含了更少的硅含量而具有更好的磁热性能，这一发现将极大提高高性能磁热材料的合成效率。同时研究者通过扩散偶方法，深入且系统性地分析了这类富稀土合金的相，包含它的形成原理、它的形貌与位相之间的关联等，通过这些分析找到了一类二元La5S

7、i3的过渡相，它能够使主相的生长呈现层片结构，同时缩短扩散的长度来缩短退火的用时。高能效的室温磁制冷相较于以往的气体压缩制冷技术而言有更好的性能。作为富有潜力的候选磁制冷剂材料，镧铁硅系合金大多数磁性转变的情况下将会引起晶格参数等理化性质的改变，这样的改变会在热和磁场循环时造成材料性能和结构的衰退，大大降低了其在实际生产中的应用价值。所以，分析镧铁硅材料磁化疲劳退化、磁制冷时限以及结构衰退等关键性质对于提高这类材料的实用性有非常关键的意义。本文