大磁卡效应La（FeSi）13材料中的NaZn13相形成研究

近年来连续发现一些巨磁熵变材料，使得室温磁制冷技术有可能实用化，磁制冷研究倍受人们关注。但是这些材料目前并没有都用于磁制冷技术中，原因是它们能否用于实际的磁制冷应用还取决于材料的制备等因素。La(Fe, M)13（M = Al, Si）化合物价格低廉，相对容易制备,已经用于磁致冷样机中。因此对该材料有很多更深入地元素替代等方面的研究。但是该材料是非均匀成相，需要复杂的退火处理，才能形成具有大磁热效应的1：13相。而材料的磁热效应直接和材料中的1：13相的含量以及微观组织结构联系。为探索更加简捷的形成单一1：13相制备方法，本项目拟从快速凝固过程，固态转变过程，添加元素和磁热效应方面综合研究影响1:13相形成的关键因素；1：13相形成机理；微观组织结构对磁相变性质和磁热效应的影响。探索添加元素对1：13相形成的影响和对磁相变影响的关联。为La(Fe,M)13材料实用化提供科学依据。

研究了在La(Fe,Si)13材料中添加元素对微观组织结构的影响。碳元素添加对La(Fe,Si)13材料的磁热效应和磁性相变性质的影响在本项目研究前就已经有很多文章。注意到在这些文章中用于得到1：13相的退火时间都在1周以上。在本项目中，研究了碳元素对La(Fe,Si)13材料中1：13相的形成作用，发现加入C元素能够使得1:13相的退火时间至少缩短一半。仅退火两天，在块体LaFe11.5Si1.5C0.2中就得到了近似单相的1:13相。相比已发表的相关报道，加入碳元素后得到1：13相退火时间显著缩短。该结果已经发表在J.A.P上。在本项目的报道之前，并没有用如此短的退火时间得到块体La(Fe,Si)13材料中基体相为1:13相的报道。.对La(Fe1-xSix)13C0.2的研究表明，C和Si在促进1:13相形成中有不同作用。Si能够阻止α-Fe长大。当Si含量低于1.2时，α-Fe在初始退火时很快长大,即使经过长时间退火，大量的α-Fe仍然被余留下来。C的添加可以加速1:13相的形成。但是只有在加入足够形成1:13相的Si（Si>1.2）后，再加入C，才可以缩短形成1:13相的时间。在退火3天后，La(Fe1-xSix)13C0.2 (Si>1.2)中1：13相的体积分数可以达到90%，获得大的磁熵变化值。.进一步用LaFeSi和FeSi薄片进行固态扩散地研究了1：13相的形成机理。退火12天后，在LaFeSi和FeSi的边界上形成了0.8mm厚的1：13相，详细研究表明，LaFeSi相和晶粒边界有助于快速扩散，1：13相主要在FeSi薄片侧相，也即，La和Fe通过扩散到FeSi薄片形成1:13相。.加入少量B作为间隙原子可以使La(Fe,Si)13材料在铸态状态下就得到一定量的1:13相，而过量的B会形成Fe2B相，大大降低磁熵变化值。.La(Fe,Si)13材料氢化后的均匀性问题也被调查。虽然在473K到823K的温度范围内在1个大气压下氢都能被La(Fe,Si)13材料吸收，但是仅在高的吸氢温度下或者先被激活的状态下氢的吸收才能够均匀。也即，只有完全饱和氢化才能够保证材料中氢原子分布均匀，居里温度一致，同时获得大的磁熵变化值..本项目研究给磁致冷材料量产化提供了科学地途径,并且初步解释了在固态相变中1:13相的形成机理,已经发表了19篇论文和申请了8个发明