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1、四川大学 硕士学位论文 Gd和Gd系合金的磁热效应及组织分析 姓名：黄苍碧 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：陈云贵 20030508 型叁兰壁圭丝燕墨篁墼篮 G d 和G d 系含金的磁热效应及组织分析 耪辩学专盟 蟒究生黄苍磐指导教凝踩嚣费教授 室漱磁蒂冷技术困具育节能、环保等突出优点越来越受到人们的关注。 磁致冷毒孝鹣作为其中豹关键技术，它的发震其蠢举足轻重戆器擐。零文蓠先裁 磁致冷浆蒸零缀莲、磁铡冷荚键疆零、疆致冷耪辜墨瓣发震等惩瑟敲了麓簧豹穰 述。本文研究下列问题并取得进展。第一、采用赢接和间接测量法渤4 试了不同 纯度G d 存低场下( 薹1 S T ) 的磁热效应；采用
2、眈热法计算了磁热效应并同实 际测量的磁热效应进行了比较，结果表明G d 的磁热效应随着杂质的增加而减 小，届墨点簿蕊：第二、对G d s S i z G e 2 积G d 5 $ i 1 9 G e 2 S r 毡 舍金进行了热楚理， 实验络聚袋竣裹透熬楚理纛，会盒铸态豹磁蒸效疲褥翻了馥善，箕中1 2 0 0 3 h 液氮冷龆热她理后。磁热效应比合金铸态提高3 倍多，磁钝提高78 4 ；第三、 在G d 5 s b G e 2 的研究基础上，聚用S E M 和X R D 释方法，观察G d 5 s i l 9 G e 2 s m t 合金热她璎甜后微观组织结构的变化，结果表明夜热处理缓慢的冷龆
3、条件台 金易于出城第二相：高温保激筹快速冷却，有利予影戒单相，从两改蒋了磁热 戴应。 关键词：G d 磁热效应热处理杂质微观组囊R 结掏 四川大学硕士学住论文 I n v e s t i g a t i o n o n M a g n e t o c a l o r i cE f f e c ta n dM i c r o s t r u e t u r e o fG da n dG d b a s e d A l l o y s M a j o r ：M a t e r i a l sS c i e n c e G r a d u a t eS t u d e n t ：H u a n gC
4、 a n g b iT u t o r ：P r o f C h e nY u n g n i M a g n e t i cr e f r i g e r a t i o nt e c h n o l o g ya tt h er o o mt e m p e r a t u r eh a sa t t r a c t e dm o r e a n dm o r e p e o p l e s a t t e n t i o nd u et oi t s a d v a n t a g e si n v o l v i n g i n e n e r g ys a v i n g ， e n
5、 v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n T ob ek e yi s s u e ，m a g n e t i cr e f r i g e r a t i o nm a t e r i a lh a sp l a y e d a n i m p o r t a n tr o l ei nt h et e c h n o l o g y F i r s t l yt h ea r t i c l eb r i e f l y i n t m d u c e st h eb a s i cp r i n c i p l e ，t h e k e yt
6、e c h n o l o g yo f m a g n e t i cr e f r i g e r a t i o n a n dt h e d e v e l o p m e n t o fm a g n e t i c r e f r i g e r a n t s W e h a v e r e s e a r c h e ds o m eq u e s t i o n sa n dm a d es o m ep r o g r e s si nt h i sr e s e a r c h T h ea r t i c l e i n c l u d e st h r e ep a
7、r t s ：i ) d i r e c t l ya n di n d i r e c t l ym e a s u r et h em a g n e t o c a l o r i ce f f e c to f t h e d i f f e r e n t p u r i t yG du n d e rl o wm a g n e t i cf i e l d ( 1 5 T ) a n dv e r i f yt h em e a s u r e d a c c u r a c yo f t h em a g n e t o c a t o r i ce f f e c ta d
8、o p t i n gh e a tc a p a c i t y T h er e s u l ti n d i c a t e st h a t t h em a g n e t o c a l o r i ce f f e c ti sr e d u c e dw i t hi n c r e a s eo ft h ei m p u r i t y , C u r i et e m p e r a t u r e d e c r e a s e d i i ) G d s S i 2 G e 2 a n dG d s S i t9 G e 2 S n 0 1 a l l o y a r
9、 eh e a t - t r e a t e d T h er e s u l t i n d i c a t e sm a g n e t o c a l o r i ce f f e c to f t h ea l l o yi n g o th a v eb e e ng r e a t l yi m p m v c d b y h e a t t r e a t m e n ta th i g ht e m p e r a t u r e e s p e c i a l l yt h e yh a sm o r et h r e et i m e st h a nt h ef o r
10、 m e r t h r o u g hh e a tt r e a t e db yl i q u i dn i t r o g e nh o l d i n g12 0 0 f o r 3 h i i nT h em i c r o s t r u c t u r e o fa s - c a s ta n dh e a t - t r e a t e dG d j S b9 G e 2 S n 0 1a l l o ya r ew a t c h e db yS E Ma n dX R Di n o r d e rt of i n dt h ec o h e s i v er e l a
11、 t i o nb e t w e e nt h em i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s n 玲 r e s u l ti n d i c a t e st h ea l l o ye a s i l yf o f m st h es e c o n dp h a s eb yt h es l o w e rc o o l i n gd u r i n g h e a t t r e a t m e n t ，a n dm a k e sm o l ee a s i l yf o r m i n g t h e s i n g
12、l ep h a s eb yh o l d i n g t e m p e r a t u r ea th i g ht e m p e m t u r ea n dq u i c k e rc o o l i n gt oi m p r o v et h em a g n e t o c a l o r i c e f f e c t K e yW o r d s ：G d ，m a g n a t o c a l o r i ce f f e c t ，i m p u r i t y , h e a tt r e a t m e n t ，m i c r o s t r u c t u
13、r e U 蹲川赶擘顶士学位论盘 第一章绪论 1 1 引言 传统气体压缩制冷技术已被广泛应用于家用电器、工业生产、空悯技术、 遗蘧甥璎缀溅、超导钵潋及举礤貔翌等领域。毽楚入翻发凌应臻予气锩藤缝翱 冷斡制冷裁氟璺昂，不但制冷敲率低、蓖耗大，谣髓污染环境，严薰破塥臭氧 层甚至带来温室效应。国际上，包括中国在内的8 0 多个国家缔约签订了“赫尔 辛宣言”，鬣布自1 9 9 0 年1 月l 曰起全部禁止使用氟里昂，此举引发了制冷行 业一场新的变革。 一方疆，A 】积掇开发裁的不被蓐大气臭氧袋黪气季誊致冷工质一氟爨器替莰 箍，蠢簿已经开发出耱毒R 1 3 4 a ，颓氏气俸等。惩瞽这些替代气葵工疆鏊本上
14、 克服了破坏大气臭氧层的缺点，但大多数仍会产生温室效应，且保留了压缩制 冷高能耗的特点，因此不是根本的解决办法。 另一方颟，人们期待着一种全新的制冷技术，主要是非压缩式制冷技术， 趣括吸收式捌冷，半导体制冷以及磁铡冷等。“缀投式刳冷主要剩翅发热及其 它蕤源，襁涮冷效率及热效率太羝，壤餍范嚣受到黻澍；睾导体毒l 冷扶菠术上 既能满足鬻求国内已有五十湃的产品，但困其嘏耗太大，制冷温踌不商而销 路不畅，多用于医药及医疗释小规模冷冻。在此背嫩下发展起来的室溉磁制冷 技术，由于它具有高效节能和滗环境污染两大突出优点而受到国内外研究者的 青辣和熏视，季萼学家认为室激磁铡冷技术，具有诞大的发展兹景。 1 2
15、 磁致冷的基本概念 1 2 1 磁热效应 磁热散应是磁性材料本身所围有的属性“1 ，宦趄指磁性材料在磁炀发生变 化时，材料本身所产生的温度升高和降 氐的现象。 ，2 。2 磁致冷豢理 磁致冷，鄙剥餍磁毪耱誊萼秘磁蒸效应来截冷滟凝鳖制冷按零。磁霞物矮是 由具有磁纯的原子或磁性离子组成的结晶体。它商定的热运动或热嘏渤。当 不加磁场时，磁性物质内磁矩的取向是无规则( 随机) 的，此时其棚廨的熵较 四川大学硕士学位论文 大( 图1 卜a ) 。磁热效应的产生同磁熵变有关，当磁致冷材料( 顺磁物质或软 铁磁物质) 被磁化时磁矩沿磁化方向择优取向，在等温条件下，自旋有序度 增加，磁熵降低，向外界等温排热(
16、 图1 卜b ) ：当磁场强度减弱时，由于磁性 原子或离子的热运动，其磁矩又趋于无序，在等温条件下，磁工质从外界吸热， 温度降低( 图1 1 一c ) 。 a ) 无外场时H ：Ob ) 磁化时H Oc ) 退磁到H = O 时 图I1 磁致冷原理示意圄1 顺磁质和铁磁质磁致冷的原理基本相同，但在室温附近制冷要采用铁磁质， 这是因为顺磁质在室温已经不再适用。退磁过程实际上是磁熵增加的过程，当 工作物质处于绝热状态，磁系统能量的升高要靠晶格热运动能量的降低来补 偿因此晶格比热越小，可获得的退磁温降越大。在低温下，顺磁质晶格比 热很小，容易获得大的退磁温降。然而在室温附近，顺磁盐晶格比热增大，只 能获得较小的温降”1 。 另外，在室温附近，顺磁质的热骚动能量增加到低温时的七十多倍，这时 欲排出同样比例的磁熵，所需的外场即使采用超导磁体，通常也只能提供l O T 左右的外场。因此，顺磁盐不适于作为室温磁制冷的工作物质。 而铁磁材料的磁性原子和顺磁材料的一样，都具有净磁矩。不同的是，在 铁磁物质中存在相邻原子电子间的交换相互作用。当铁磁体处于外场中，它的 自旋磁矩实际上受
