《表3 2 T磁场下Tb3Ni Si2与其他R-Ni-Si三元合金磁相变类型、磁相变温度、最大磁熵变参数》

  提示：宽带有限、当前游客访问压缩模式

本系列图表出处文件名：随高清版一同展现

《Tb_3NiSi_2合金磁相变与磁热性能研究》

1. 获取 高清版本忘记账户？点击这里登录

1. 下载图表忘记账户？点击这里登录

式中，M1和M2是在温度T1和T2下，随外加磁场H对应的磁化强度，上述公式实际是计算合金在T1和T2温度下两条等温磁化曲线的面积，通常将这个计算值作为温度所对应的等温磁熵变。由此可见，合金在达到技术饱和之前，等温磁熵变是随外加磁场的增大而增大，即对二级磁相变材料而言居里温度附近的磁熵变和外加磁场之间满足如下关系：，指数n同材料的磁状态有关。图6是根据上述方法计算的Tb3Ni Si2合金等温磁熵变随温度变化曲线。该曲线为典型的二级相变材料的ΔSM（T）-T曲线，即以居里温度为中心呈对称分布。因Tb3Ni Si2合金的最大磁化率较小，在低场下的磁化强度较低，且在居里温度附近缺乏大的磁化强度变化值，即在一定温度间隔下两条等温磁化曲线之间的面积较小；同时该合金的铁磁-顺磁相变为二级相变，没有一级磁相变中伴随的合金晶体结构变化或者晶格参数的突变。因此，在0～2 T外场下，Tb3Ni Si2合金居里温度附近的最大磁熵变值只有3.2 J·kg-1·K-1。如表3所示，在具有FM-PM相变R-Ni-Si合金中，0～2 T外场下Tb3Ni Si2合金最大熵变值同Tb Ni4Si与Gd3Ni Si2基本相当，而明显低于Gd Ni4Si合金的6.6 J·kg-1·K-1。这表明在磁热性方面，铁磁性稀土-镍-Si基合金在发生FM-PM相变时，因不同的磁相变类型，磁热效应差异较大。如Gd Ni4Si因为拥有一级FM-PM相变特性，在在0～5 T变化磁场下，最大负等温磁熵变（-ΔSmax）为12.7 J·kg-1·K-1[3]；虽然Tb和Dy原子磁矩比Gd的大，但Tb Ni4Si和Dy Ni4Si合金的磁相变为二级相变，因此在相同条件下，居里温度附近的-ΔSmax为7.8，9.3 J·kg-1·K-1[3]。相比于目前研究的反铁磁性R-Ni-Si合金相同磁场下的最大磁熵变，Tb3Ni Si2合金的值除比Tb Ni Si的值大外（1.7J·kg-1·K-1），要比其他合金的值小得多。在低温状态下，原子热振动能较小，磁场诱导反铁磁性R-Ni-Si合金基态中AFM转变为FM的临界磁场（HC）通常较小，因此在较高磁场下（临界磁场以上）反铁磁合金的磁熵变也来自于FM-PM（顺磁态）的相变，这同基态为FM的合金中磁熵变具有相同的性质，具体表现是-ΔSM为正值。但其等温磁化曲线普遍高于铁磁性稀土-镍-Si基合金在发生FM-PM相变时的最大磁熵变，如表3所示。目前将这种现象笼统的归因于等温磁化过程中反铁磁态因磁场诱导而发生AFM-FM相变，但其物理机制尚未清楚。通常用相对制冷能力来描述材料的制冷功效，其定义为RCP=-ΔSmax×δTFWHM，式中δTFWHM是磁熵变温度半高宽。在2 T外场下，Tb3Ni Si2合金的δTFWHM=35.5 K(113～77.6 K），其RCP值为113.3 J·kg-1，该值远低于相同条件下Gd3Ni Si2的200 J·kg-1。