论文部分内容阅读
基于材料的磁热效应和弹热效应的固态制冷技术具有高效节能、环境友好、稳定可靠等优点，是非常有研究价值和发展潜力的一种新型制冷技术。本文利用X射线衍射仪、差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、超导量子干涉仪、万能拉力试验机等对Cr5Te8和Gd3Al2的结构、磁性和磁热效应，以及Ti-Ni形状记忆合金的弹热效应进行了研究。同时，利用中子衍射研究了阻挫体系(Hf,Ta)Fe2的磁结构以及变磁性相变过程中铁磁相和反铁磁相的相互竞争关系。主要结论如下: 1、利用Te作助熔剂制备了三方结构的Cr5Te8单晶，Cr5Te8在250K处发生顺磁-铁磁二级相变，饱和磁化强度为2.03μB/Cr，易磁化方向为c轴方向，磁晶各向异性常数随温度升高而减小。磁场沿c轴方向的单晶和多晶粉末具有正常的磁热效应;当磁场沿ab面方向，且磁场变化小于20kOe时，单晶出现反常磁热效应;磁场沿c轴方向时单晶的磁熵变比磁场沿ab面和多晶粉末大。磁场从ab面内旋转到c轴方向时，单晶的旋转磁熵变在各向异性场等于外磁场的温度处有最大值。最大旋转磁熵变随磁场增大而增大，其对应的温度随磁场增大而降低。磁晶各向异性在三方结构的Cr5Te8的旋转磁热效应中起主导作用。 2、通过测量应力-应变曲线研究了Ti-50at.％Ni形状记忆合金在形状记忆效应温区的弹热效应，以及Ti-51at.％Ni形状记忆合金在超弹性温区的弹热效应，利用Maxwell关系和Clausius-Clapeyron关系对弹热熵变进行评估。温度处于形状记忆效应温区时，弹热熵变在略低于奥氏体转变结束温度处有最大值，未发生塑性变形时，Maxwell关系和Clausius-Clapeyron关系均适用于计算弹热熵变，两种方法得到的熵变相差不大，最大弹热熵变随应变增大而增大;发生塑性变形时，由Maxwell关系和Clausius-Clapeyron关系得到的熵变相差较大。温度处于超弹性温区时，马氏体相变的临界应力与温度基本呈线性关系，由Maxwell关系和Clausius-Clapeyron关系得到的弹热熵变基本一致，弹热熵变和绝热温度变化随温度变化都较小。 3、利用电弧熔炼制备了成分为Gd3Al2-x(x=0，0.05，0.1，0.2)的多晶样品，按正比3∶2配比可以得到Gd3Al2单相，降低Al含量有利于Gd2Al相的形成。Gd3Al2-x的磁熵变在280K附近有最大值，且随Al含量的降低而减小，磁场变化50kOe时，Gd3Al2的最大磁熵变为7.63J/(kg K)。单质Gd和Gd3Al2混合可以提高制冷能力，且两者按重量比1∶1混合时制冷能力最大。 4、利用中子衍射研究了阻挫体系(Hf,Ta)Fe2的磁结构以及铁磁相和反铁磁相之间的相互竞争关系。Hf0.86Ta0.14Fe2在325K时由顺磁转变为阻挫反铁磁，只有kagome晶格6h位的Fe原子有磁矩，且磁矩在ab面内成120°排列。同时面内晶格随温度降低开始收缩，持续的晶格收缩使阻挫反铁磁失稳，在255K处发生反铁磁-铁磁一级相变，磁矩在ab面内平行排列。反铁磁-铁磁相变过程中伴随着非常大的体积负膨胀，膨胀系数为-123×10-6/K。Hf0.86Ta0.14Fe2中的铁磁相和反铁磁相之间存在竞争关系，施加几特斯拉磁场就可以诱导变磁性转变。