【摘 要】
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磁制冷技术作为一种高效节能、绿色环保的制冷技术引起了人们的普遍关注、被认为是最具有希望替代传统气体压缩制冷的方法之一。磁制冷技术的核心是磁制冷材料,探索具有大磁热效应的材料非常重要,这些材料可以在不同的温度范围内工作,工作温度在室温附近的磁制冷材料尤为受到研究者的重视。其中,La（Fe,Si）13基合金是最有希望的磁制冷材料之一,它们具有优异的磁性和相对便宜的价格,无毒的组成元素。La（Fe,Si
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磁制冷技术作为一种高效节能、绿色环保的制冷技术引起了人们的普遍关注、被认为是最具有希望替代传统气体压缩制冷的方法之一。磁制冷技术的核心是磁制冷材料,探索具有大磁热效应的材料非常重要,这些材料可以在不同的温度范围内工作,工作温度在室温附近的磁制冷材料尤为受到研究者的重视。其中,La（Fe,Si）13基合金是最有希望的磁制冷材料之一,它们具有优异的磁性和相对便宜的价格,无毒的组成元素。La（Fe,Si）13合金基于面心立方NaZn13型结构（空间群为Fm-3c）,由于其优异的MCE被认为是最具有应用前景的室温磁制冷材料之一。但是由于其居里温度远低于室温、一级相变特性以及材料本身的脆性存在无法应用于室温的问题。本文主要研究了 Co元素含量分别对Pr和Tb元素掺杂La（Fe,Si）13基磁制冷材料的晶体结构和磁热效应的影响,同时还探究了低熔点合金粘结LaFe11.6Si1.4H1.6/Sn69.5Bi30Cu0.5复合材料的机械性能和磁热效应。本文介绍了在制备La0.8Pr0.2Fe11.8-xCoxSi1.2C0.2（x=0.3、0.5、0.7）系列合金过程中加入x=0.3、0.5、0.7的Co元素对Pr和C元素掺杂La（Fe,Si）13基磁制冷材料的晶体结构和磁热效应的影响。对于该体系下不同Co元素含量的合金样品,主相均为NaZn13相没有发生改变,同时有微量第二相α-Fe生成。随Co元素含量增加,系列合金的晶格常数略微降低,居里温度从241K升高到261K和288K。在0-7T下,样品磁熵变从16.07J/kg K下降到14.68J/kg K和10.18J/kgK,样品的等温磁熵变逐渐降低,但是样品的制冷温区变宽,半峰宽δT变大,样品的相对制冷能力RCP值基本保持不变。通过Co元素调节La0.8Pr0.2Fe11.8-xCoxSi1.2C0.2系列合金性能,不仅可以提高材料的TC,还可以保持合金较高的制冷能力。最终,通过计算获得La0.8Pr0.2Fe11.1Co0.7Si1.2C0.2样品的临界指数接近Hesienberg模型（短程有序）。通过掺杂 Tb、Co 元素,制备出 La0.9Tb0.1Fe11.4-xCoxSi1.6（x=0.3、0.5、0.7）系列合金。三种样品主相均为NaZn13型立方结构,但含有少量的第二相Tb2Fe17。随着Co元素含量的增加,La0.9Tb0.1Fe11.4-xCoxSi1.6（x=0.3、0.5、0.7）系列合金的晶格常数略微降低,居里温度不断升高,分别为243K、263K、284K。同时样品的等温磁熵变也逐渐降低,在0-7T下,样品磁熵变从12.99J/kg K下降到10.85J/kg K和9.67J/kg K,但是样品的制冷温区变宽,半峰宽δT变大。通过Co元素调节La0.9Tb0.1Fe11.4-xCoxSi1.6系列合金性能,达到了调节基体材料磁热效应的目的。最终,通过计算获得La0.9Tb0.1Fe10.7Co0.7Si1.6样品的临界指数接近平均场模型（长程有序）。除此之外,本文介绍了通过热压成型方法制备不同质量分数的LaFe11.6Si1H1.6/Sn69.5Bi30Cu0.5复合材料,并且测量了所有样品的机械性能和磁热性能。样品的微观结构显示出Sn69.5Bi30Cu0.5低熔点合金充斥在LaFe11.6Si1.4H1.6颗粒的间隙中。含有质量分数8.6%、14.8%和19.4%的低熔点Sn69.5Bi30Cu0.5合金粉末粘结样品的最大抗压强度为259MPa、344MPa和361MPa,比块状LaFe11.6Si1.4合金的最大抗压强度分别增强了约67%、115%和133%。随着低熔点合金成分的增加,样品在0-2T下的最大磁熵变分别为8.2J/kg K、8.5J/kg K和7.8J/kg K。与LaFe11.6Si1.4H1.6相比较,粘结后的样品磁热性能降低,但是与其他室温磁制冷材料相比,粘结后的样品不仅有较高的磁熵变,同时最大绝热温度（ΔTadmax）在Tc时分别达到2.89K、3.1K和3.12K。因此,低熔点合金的粘结样品LaFe11.6Si1.4H1.6/Sn69.5Bi30Cu0.5使获得具有大磁热效应、稳定机械性能、高热导率的La（Fe,Si）13基磁制冷复合材料成为可能。
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