Gd55Fe30P15非晶条带的磁热效应
非晶变压器实战心得
非晶变压器实战心得世纪电源网版主中国电源学会专家委员会委员寿维忠非晶或纳米晶（超微晶）在大功率逆变电源中的应用已有好几年的历史了，笼统地拿非晶与铁氧体相比，可认为非晶的优势是饱和磁通密度与居里温度点都较高，从而可提高变压器绕组的每匝伏数，降低铜损，并大大提高功率密度，减小产品体积…..前些日子怀着对“非晶”美好地“憧憬”，做了一些“实战演练”，总结了一些个人心得，希望能对初学的朋友有所借鉴与帮助。
我们绕制好变压器后，第一件事情是会用电桥仪去测试一下原、副边的电感量及漏感等等参数。
从习惯了一般铁氧铁材质变压器的制作测试，再对非晶环形变压器做Lp、Ls、Lk测试时会发现，当改变电桥仪的测试频率时，所测得的感量差别极大，如50-32-20的普通铁基非晶环，Np为30匝时，Lp从100Hz ~100KHz分别对应为235.4mH~8.16mH；而拿一个56-28-28的2K功率铁氧体环，Np为27匝时，Lp从100Hz ~ 100KHz分别对应为14.79mH~ 9.12mH，可见两种材质在频率从100Hz ~100KHz变化时，电感量变化的规律，铁氧体环变化不大或基本不变，而非晶环变化之大高达28~29倍左右，从这个变化可大致看出非晶材质因电阻率低导致的高频损耗，以及在较低频时才具有高磁导率μ、高电感因数AL、高饱和磁通密度Bs的特性。
电感量与频率的关系铁氧体56-28-28 Np 27匝20℃~25℃内测试测试频率100Hz 1KHz 10KHz 40KHz 100KHz L p 电感量14.79mH 9.66mH 7.89mH 7.88mH 9.12mH非晶环50-32-20 Np 30匝20℃~25℃内测试测试频率100Hz 1KHz 10KHz 40KHz 100KHz L p 电感量235.4mH121.6mH 56.15mH 16.78mH 8.16mH励磁电流波形与励磁电流大小铁氧体变压器在桥拓扑中的励磁电流波形一般为三角波，这个大家都已比较熟悉，在推挽拓扑中，无论占空比的大小，也为三角波，见附图。
非晶块状磁芯
非晶块状磁芯全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：非晶块状磁芯是一种新型的磁性材料，具有优异的磁性能和热稳定性，被广泛应用于电子产品、通信设备、电力系统等领域。
本文将从非晶块状磁芯的原理、特性、制备工艺以及应用领域等方面进行详细介绍。
一、非晶块状磁芯的原理非晶块状磁芯是由非晶合金制成的，非晶合金是由多种金属元素混合而成的一种无序结构的材料。
与传统的晶体磁性材料相比，非晶合金具有更加均匀的微观结构，在外加磁场的作用下，非晶合金中的自旋磁矩会在一定方向上有序排列，从而产生磁性。
非晶块状磁芯利用了非晶合金的这一特性，通过将非晶合金薄片堆叠在一起，并在合适的温度下进行烧结，形成块状结构。
1. 高磁导率：非晶块状磁芯的非晶合金具有高磁导率的特性，可以有效提高磁路传导效率，减少磁芯功率损耗。
2. 低磁损：由于非晶合金的无序结构和均匀性，非晶块状磁芯具有较低的铁损和涡流损耗，可以有效减少能量消耗。
3. 高频性能优良：非晶块状磁芯在高频条件下具有较好的磁性能，可以满足高频变压器、滤波器等应用的需求。
4. 热稳定性好：非晶块状磁芯在高温环境下仍能保持良好的磁性能，不易发生磁性退化现象。
5. 高饱和感应强度：非晶合金具有较高的饱和感应强度，可以提高磁芯的负载能力和输出功率。
制备非晶块状磁芯的工艺包括材料选择、熔化、快速凝固、薄片制备、堆叠成块、烧结等多个步骤。
1. 材料选择：选择合适的非晶合金材料，通常是由铁、硅等金属组成的合金。
2. 熔化：将选取的金属材料加热至高温状态，形成均匀的液态合金。
3. 快速凝固：通过快速冷却的方法，将液态合金迅速凝固成非晶态。
4. 薄片制备：将非晶合金加工成薄片，通常采用轧制或剪切的方式。
5. 堆叠成块：将多层非晶合金薄片叠加在一起，形成块状结构。
6. 烧结：在适当的温度下，对非晶块状磁芯进行烧结处理，使其具有一定的磁性能。
1. 电子产品：非晶块状磁芯可以用于变压器、电感器、滤波器等电源管理领域，提高电子产品的能效和稳定性。
非晶、纳米晶软磁合金磁芯介绍
非晶、纳米晶软磁合金磁芯介绍1、讲授人：朱正吼,非晶、纳米晶软磁合金磁芯介绍,非晶及纳米晶软磁合金,牌号和基本成分铁基非晶合金铁镍基非晶合金铁基纳米晶合金非晶及纳米晶软磁合金磁芯非晶及纳米晶磁芯应用汇总销售---思索,,牌号和基本成分,,铁基非晶合金,组成：80%Fe、20%Si,B 类金属元素性能：1.高饱和磁感应强度〔1.54T〕；2.与硅钢片的损耗比较：磁导率、激磁电流和铁损等都优于硅钢片。
特殊是铁损低〔为取向硅钢片的1/3－1/5〕，代替硅钢做配电变压器可节能60－70％。
应用：广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯，适合于10kHz以2、下频率使用。
,,铁镍基非晶合金,组成：40%Ni、40%Fe及20%类金属元素性能：1.具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。
2.在中、低频率下具有低的铁损。
3.空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线。
应用：广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁芯、磁屏蔽等。
,,铁基纳米晶合金,组成：铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金，经快速凝固工艺形成一种非晶态材料。
热处理后获得直径为10－20nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料。
性能：具有优异3、的综合磁性能，高饱和磁感、高初始磁导率、低Hc，高磁感下的高频损耗低，电阻率比坡莫合金高。
经纵向或横向磁场处理，可得到高Br或低Br值。
是目前市场上综合性能最好的材料。
应用：广泛应用于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器铁芯、漏电爱护开关、共模电感铁芯。
,,非晶及纳米晶软磁合金磁芯,磁放大器磁芯滤波电感磁芯高频大功率磁芯恒电感磁芯电流互感器磁芯实例1：磁芯在开关电源中使用实例2：非晶磁芯在LED灯具上应用,,磁放大器磁芯,什么是磁放大器性能特点应用范围计算机ATX电源和通讯开关电源,,性能特点,,应用范围4、,磁放大器能使开关电源得到精确的掌握，从而提高了其稳定性。
【实用】非晶材料在上的应用PPT资料
Metglas@
AMCC-6.3 AMCC-8 AMCC-10 AMCC-16A AMCC-16B AMCC-20 AMCC-25 AMCC-32 AMCC-40 AMCC-50 AMCC-63 AMCC-80 AMCC-100 AMCC-125 AMCC-160 AMCC-200 AMCC-250 AMCC-320 AMCC-400 AMCC-500 AMCC-630 AMCC-800A AMCC-800B AMCC-1000
11 13 13 13 13 13 15 15 15 20 20 20 20 25 25 25 25 35 35 40 40 40 40 40
c (mm)
33 30 40 40 50 50 56 56 56 70 70 70 70 83 83 83 90 85 85 85 85 85 95 105
d (mm) 20+0.5 20+0.5 20+0.5 25+0.5 25+0.5 30+0.5 25+0.5 30+0.5 35+0.5 25+0.5 30+0.5 40+1 45+1 35+1 40+1 50+1 60+1 50+1 65+1 55+1 70+1 85±1.5 85±1.5 85±1.5
21 23
MASS (g) 150 170 200 250 280 340 380 460 530 590 710 950
1060 1170 1330 1670 2100 2170 2820 2900 3670 4450 5930 7060
VOL (cm3) 20.9 23.7 27.9 34.8 38.0 47.4 52.9 64.1 73.8 82.2 98.9 132 148 163 185 233 292 302 393 404 511 620 826 983
非晶Fe_78_Si_9B_13_合金结构对磁性的影响
非晶Fe78Si9B13合金结构对磁性的影响*支起铮1,丁丹1,杨大勇1,李长生2,张侠3,连法增1(1.东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室,辽宁沈阳110004;2.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004;3.沈阳天荣电缆材料有限公司,辽宁沈阳110027)摘要:研究了普通退火对非晶Fe78Si9B13合金磁性能和结构的影响。
实验发现:经不同温度退火1h后,试样的静态磁性能在T a=390e呈现最佳值;损耗则在T a=440e呈现最低值;在T a=440e经不同时间退火后,试样在t a=2h呈现横向感生磁各向异性。
由退火后试样的初始磁导率与温度的关系及磁致伸缩系数的变化结果表明,当有极少量的A-Fe(Si)晶体相析出时,可明显改善合金的动态磁性能;当A-Fe(Si)晶体相进一步析出时,可使合金呈现良好的恒导磁特性。
关键词:非晶合金;晶化;磁性;居里温度;磁导率中图分类号:TB383文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2007)06-0914-031引言铁基非晶合金器件是非晶材料一个新的应用领域[1~5],由于具有优异的磁性能和低廉的成本,制成的铁芯和电感元件在电力和电子工业中得以广泛的应用[6,7]。
尽管国内外已有许多这方面研究报道[8,9],这类采用急冷法制备的非晶态合金可经低于晶化温度的退火处理获得高饱和磁感应强度和高磁导率,也可采用弥散析出相法降低高频损耗,以及采用表面晶化法可获得恒导磁性能等,但很少注意具有不同性能的Fe 基非晶合金在结构上的差别。
为了探索有应用价值的生产工艺,本实验研究了普通退火对非晶Fe78Si9B13合金磁性能的影响,讨论了普通退火后合金微观结构的变化。
2实验方法实验用非晶Fe78Si9B13合金带材采用单辊熔体急冷法制备,约宽10mm,厚30L m。
将条带绕成外径20m m,内径16m m的环状铁芯与约450mm长的条带在Ar气保护下进行不同温度的等时(t a=1h)和不同时间的等温(T a=440e)退火处理。
非晶C型磁芯的技术特点及技术发展趋势---精品管理资料
非晶C型磁芯的技术特点及技术发展趋势技术特点非晶材料1K101的主要成份是铁Fe、硅Si、硼B，其按一定比例配备冶炼熔融后在106℃/秒`的降温速度下喷制成25—30μm的薄带，由于其急速降温冷却，其原子来不及有序排列成晶格织构而成非晶态，与传统的金属磁性材料相比，由于非晶合金原子排列无序,没有晶体的各向异性，而且电阻率高，因此具有高的导磁率、低损耗，高饱和磁通密度，是优良的的软磁材料。
被广泛用于替硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁芯、互感器、传感器等，可以大大提高变压器效率、缩小体积、减轻重量、降低能耗.用于生产非晶C型磁芯的材料为1K101，非晶C型磁芯其具有传统C型铁芯那种结构简单，线圈装配方便，电感调节方便等优点外,其在5KHz—20KHz频率段的高导磁、低铁损特性,被大量用于太阳能光伏产业逆变电路中的滤波电感，随着绿色能源产业的兴起，市场前景巨大。
产品核心技术有三点:a、铁芯退火;b、低应力浸漆固化；3、降铁损特殊工艺（已申请专利）技术发展趋势随着电子电器产品发展的小型化，高频化是必然涂经，那么非晶C型磁芯将在脉冲变压器、开关电源变压器、逆变电源变压器、中频变压器、大功率电抗器、功率因数校正器、滤波电感、共模电感、差模电感等领域被广泛应用。
非晶电力变压器铁芯非晶电力变压器铁芯亦是采用1K101（日立金属牌号2605SA1)材料，剪切卷制成型后经纵磁场退火，使其在工频(50—60Hz)条件下具有更低的铁损、更小的励磁功率（有利于减小变压器噪音)，同功率容量的变压器相比较，非晶合晶铁芯制做的变压器空载损耗比传统S9型的硅钢铁芯变压器低70％. 早期非晶合金铁芯主要用在中小功率1600KV A以下油浸式变压器。
随着材料性能的提升、铁芯制做工艺水平提高、变压器设计制造技术水平的提高，功率容量已提升到2500KV A，且在干式变压器中以得到广泛应用。
产品核心技术:纵磁场退火技术发展趋势现在非晶电力变压器铁芯皆为单开口搭接式、矩形截面结构，存在噪音难以进一步降低的障碍,现业内有设想做成圆截面、全闭合式卷绕结构，若能成功将是非晶电力变压器铁芯的一场大变革，对降低成本，进一步降低空载损耗、降低噪音都有明显效益。
小尺寸效应
6 超导性——TC
当颗粒减小，低频的晶格振动受到
根据Memillan公式： 颗粒尺寸的限制而被截至，Tc增加。
Tc 2 exp(1 1 )
Tc (m a x)
2
N (0) J
M 2
2 电
声耦合强度，反比于声子谱的频率平方平均值
随着颗粒尺寸减小 → 表面原子百分比将显著增加 → 表面原子的近邻配位数减少 → 表面声子谱频率变低 （软化）→ 电子—声子耦合强度增加
量子尺寸效应
4 等离子共振频率
等离子共振：考虑置于交变电场中的单个球 状颗粒，外场将导致颗粒极化，在表面产生电 荷，而表面电荷产生的同时，又有一恢复力促 使它恢复至原来状态。在一定额定的外场下将 会引起共振，导致表面等离子振荡。
共振频率：在一定额定的外场下将会引起共 振，导致表面等离子振荡的频率。
磁化反转小于某类玻尔半径时，发光性质发生改变； 同时激发态会以更大的几率传到同一颗粒中的发光中心， 提高材料的量子效率 体淬灭中心和同一颗粒内发光中心间的交叉驰豫的影响会 减小，材料的发光效率会得到一定程度的提高。
P18:金属纳米微粒后，无金属光泽，对光的反射率很低<1%，对 太阳光谱几乎全部吸收，大约几μm厚就能完全消光，被称为太 阳黑体。可用于红外敏感元件、红外隐身材料中作红外吸收 。
利用等离子共振频率随颗粒尺寸变化的性质，可以改 变颗粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一定频宽的 吸收纳米材料，用于屏蔽和隐形等。
（5）PbTiO3、BaTiO3等典型铁电体纳米（小于临界尺 寸）化后变为顺电体。
顺电体：纳米化后小于临界尺寸，TTC
电滞回线
三者的相互关系
铁电体
热释 电体
压电
电 体
非晶纳米晶软磁材料
非晶纳米晶软磁材料1、非晶纳米晶软磁材料非晶/纳米晶软磁材料一．应用领域非晶态软磁合金材料为20世纪70年月问世的一种新型材料，因具有铁芯损耗小、电阻率高、频率特性好、磁感应强度高、抗腐蚀性强等优点，引起了人们的极大重视，被誉为21世纪新型绿色节能材料。
其技术特点为：采纳超急冷凝固技术使合金钢液到薄带材料一次成型；采纳纳米技术，制成介于巨观和微观之间的纳米态(10-20nm)软磁物质。
非晶、纳米晶合金的优异软磁特性都来自于其特别的组织结构，非晶合金中没有晶粒和晶界，易于磁化；纳米晶合金的晶粒尺寸小于磁交换作用长度，导致平均磁晶各向异性很小，并且通过调整成分，可以使其磁致伸缩趋近于零。
【表1】列出了非晶/纳米晶软磁材料的典型性能及主要应用领域。
近年来，随着信息处理和电力电子技2、术的快速进展，各种电器设备趋向高频化、小型化、节能化。
在电力领域，非晶、纳米晶合金均得到大量应用。
其中铁基非晶合金的最大应用是配电变压器铁芯。
由于非晶合金的工频铁损仅为硅钢的1/5～1/3，利用非晶合金取代硅钢可使配电变压器的空载损耗降低60﹪～70﹪。
因此，非晶配电变压器作为换代产品有很好的应用前景。
纳米晶合金的最大应用是电力互感器铁芯。
电力互感器是特地测量输变电线路上电流和电能的特种变压器。
近年来高精度等级〔如0.2级、0.2S级、0.5S级〕的互感器需求量快速增加。
传统的冷轧硅钢片铁芯往往达不到精度要求，虽然高磁导率玻莫合金可以满足精度要求，但价格高。
而采纳纳米晶铁芯不但可以到达精度要求、而且价格低于玻莫合金。
在电力电子领域，随着高频逆变技术的成3、熟，传统大功率线性电源开始大量被高频开关电源所取代，而且为了提高效率，减小体积，开关电源的工作频率越来越高，这就对其中的软磁材料提出了更高的要求。
硅钢高频损耗太大，已不能满足使用要求。
铁氧体虽然高频损耗较低，但在大功率条件下仍旧存在许多问题，一是饱和磁感低，无法减小变压器的体积；二是居礼温度低，热稳定性差；三是制作大尺寸铁芯成品率低，本钱高。
非晶合金的发展与应用
非晶合金的发展与应用学校：班级：学号：姓名：指导教师：日期：目录目录 2一、非晶合金简介 2二、非晶合金的发展历史 2三、非晶形成的控制因素 33.1 非晶形成的热力学因素 33.2非晶形成的动力学因素33.3非晶形成的结构学因素3四、大块非晶合金制备方法 34.1液相急冷法 34.2气相沉积法 44.3化学溶液反应法 44.4固相反应法 4五、非晶合金制备工艺技术 45.1铜模吸铸法 55.2粉末冶金技术55.3熔体水淬法 55.4压铸法 55.5非晶条带直接复合爆炸焊接55.6定向凝固铸造法 55.7磁悬浮熔炼铜模冷却法55.8固态反应5六、非晶合金性能 66.1大块非晶合金的机械性能 66.2非晶合金优秀的耐蚀性6七、非晶合金应用实例 6八、参考文献7一、非晶合金简介非晶态合金又称金属玻璃，具有短程有序、长程无序的亚稳态结构特征。
固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。
与晶态合金相比，非晶合金具备许多优异性能，如高硬度、高强度、高电阻、耐蚀及耐磨等。
块体非晶合金材料的迅速发展，为材料科研工作者和工业界研究开发高性能的功能材料和结构材料提供了十分重要的机会和巨大的开拓空间。
二、非晶合金的发展历史1959年，美国加州理工大学Duwez在研究晶体结构和化合价完全不同的两个元素能否形成固溶体时，偶然发现了Au70-Si30 非晶合金。
1969年陈鹤寿等将含有贵金属元素Pd的具有较高非晶形成能力的合金(Pd-Au-Si,Pd-Ag-Si等)，通过B2O3反复除杂精炼，得到了直径1mm的球状非晶合金样品。
1989年日木东北大学的Inoue等通过水淬法和铜模铸造法制备出毫米级的La-AI-Ni大块非晶合金，随后Zr基非晶合金体系也相继问世。
20世纪90年代以来，人们在大块非晶合金制备方而取得了突破性进展。
Inoue等成功地制备了Mg-Y-(Cu, Ni), La-AI-Ni-Cu, Zr-AI-Ni-Cu等非晶形成能力很高，直径为1一10 mm的棒，条状大块非晶态合金。
各种合金金属磁芯、非晶、微晶磁芯介绍
各种合金金属磁芯、非晶、微晶磁芯介绍一、性能特点:坡莫合金金属磁芯:各类坡莫合金材料有着各自不同的,较硅钢材料与铁氧体优异的典型磁性能,有着较高的温度稳定性和时效稳定性.高初始磁导率类坡莫合金材料(IJ79,IJ85,IJ86)铁芯常制作电流互感器,小信号变压器;高矩形度类坡莫合金材料(IJ51)铁芯常制作磁放大器,双级性脉冲变压器;低剩磁类坡莫合金材料(IJ67h)铁芯常制作中小功率单极性脉冲变压器.二、非晶磁芯:⑴铁基非晶铁芯:在几乎所有的非晶合金铁芯中具有最高的饱和磁感应强度(1.45～1.56T),同时具有高导磁率,低矫顽力,低损耗,低激磁电流和良好的温度稳定性和时效稳定性.主要用于替代硅钢片,作为各种形式,不同功率的工频配电变压器,中频变压器,工作频率从50Hz到10KHz;作为大功率开关电源电抗器铁芯,使用频率可达50KHz.⑵铁镍基非晶铁芯:中等偏低的饱和磁感应强度(0.75T),高导磁率,低矫顽力,耐磨耐蚀,稳定性好.常用于取代坡莫合金铁芯作为漏电开关中的零序电流互感器铁芯.⑶钴基非晶铁芯:在所有的非晶合金铁芯中具有最高的磁导率,同时具有中等偏低的饱和磁感应强度(0.65T),低矫顽力,低损耗,优异的耐磨性和耐蚀性,良好的温度稳定性和时效稳定性,耐冲击振动.主要用于取代坡莫合金铁芯和铁氧体铁芯制作高频变压器,滤波电感,磁放大器,脉冲变压器,脉冲压缩器等应用在高端领域(军用)三、微晶磁芯:较高的饱和磁感应强度(1.1～1.2T),高导磁率,低矫顽力,低损耗及良的稳定性,耐磨性,耐蚀性,同时具有较低的价格,在所有的金属软磁材料芯中具有最佳的性价比,用于制作微晶铁芯的材料被誉为"绿色材料".泛应用于取代硅钢,坡莫合金及铁氧体,作为各种形式的高频(20KHz100KHz)开关电源中的大中小功率的主变压器,控制变压器,波电感,储能电感,电抗器,磁放大器和饱和电抗器铁芯,EMC滤波器共电感和差模电感铁芯,IDSN微型隔离变压器铁芯;也广泛应用于各种类同精度的互感器铁芯.环型规格范围:磁芯最大外径:750mm磁芯最小内径:6mm磁芯最小片宽:5mm磁芯最大片宽:40mm (可叠加得到更宽)其他规格可以根据客户需求订做四、参考说明:坡莫合金金属磁芯,非晶,微晶磁芯电磁性能状态:横磁热处理,低Br,有一定的恒导特性,适用于小功率单极性脉冲变压器,单端开关电源变压器,滤波电感,电抗器;常规热处理,低Pc,极低的激磁电流;适用于中频变压器;纵磁热处理,高Br,适用于配电变压器,中频变压器,双端开关电源变压器,大功率双极性脉冲变压器,饱和电抗器及脉冲压缩器. 摘要：结合应用实例,重点介绍了在不同应用场合选用非晶与超微晶材料的种类及其特点，并与其它磁性材料作了对比。
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Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶条带的磁热效应唐鹏飞，钟喜春，郑志刚，余红雅，邱万奇，刘仲武，曾德长（华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州５１０６４０）
摘要：采用熔体快淬法制备了Ｇｄ＂Ｆｅ３０Ｐ．５合金条带，利用ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）分析了合金的相结构，通过综合物性测量系统（ＰＰＭＳ）研究了合金的居里温度及磁热效应。研究结果表明，Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐｌ５合金条带是完全的非晶态，其居里温度％为２４０Ｋ，在居里温度附近发生的磁性转变为二级相变：在５Ｔ外场下，最大等温磁熵变为２．７３Ｊ／ｋｇ·Ｋ，低场下，在１８５～２９５Ｋ宽温区出现一个磁熵变平台；高场下１８５—２７０Ｋ宽温区出现一个磁
熵变平台，从而能够满足磁Ｅｒｉｃｓｓｏｎ型磁制冷机的要求。
关键词：Ｇｄｓ５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金；磁热效应；磁熵变中图分类号：ＴＢ６４文献标识码：Ａ文章编号：１００１．３８３０（２０１１）０１．００１２－０４
ＭａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃｅｆｆｅｃｔｏｆＧｄｓｓＦｅ３０ＰｔｓａｍｏｒｐｈｏｕｓｒｉｂｂｏｎｓＴＡＮＧＰｅｎｇ－ｆｅｉ，ＺＨＯＮＧＸｉ－ｃｈｕｎ，ＺＨＥＮＧＺｈｉ－ｇａｎｇ，ＹＵＨｏｎｇ－ｙａ，
ＱＩＵＷａｎ—ｑｉ，ＬＩＵ
Ｚｈｏｎｇ·ｗｕ，ＺＥＮＧＤｅ—ｃｈａｎｇ
ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４ｎＣｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＧｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５ａｌｌｏｙｒｉｂｂｏｎｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｅｌｔ－ｓｐｉｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ＢｙｍｅａｎｓｏｆＸ·ｒａｙ
ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｐｈａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｃｕｒｉｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｓ
ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅＧｄｓｓＦｅ３０Ｐ１５ｒｉｂｂｏｎｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙａｍｏｒｐｈｏｕｓａｎｄｔｈｅＣｕｒｉｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｔｃｏｆｔｈｅａｍｏｒｐｈｏｕｓｐｈａｓｅｉｓ２４０Ｋ．Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｉｎｇｎｅａｒ％ｉｓａ
ｓｅｃｏｎｄｏｒｄｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．
Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｔｒｏｐｙｃｈａｎｇｅｕｎｄｅｒ５Ｔｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｓ２．７３Ｊ／ｋｇ‘Ｋ．Ａｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｍａｇｎｅｔｉｃ
ｅｎｔｒｏｐｙｃｈａｎｇｅｓａｐｐｅａｒｓｉｎａｗｉｄｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅ
ｆｒｏｍ１８５Ｋｔｏ２９５Ｋｆｏｒｌｏｗｅｒｆｉｅｌｄｓａｎｄｆｒｏｍ１８５Ｋｔｏ２７０Ｋｆｏｒ
ｈｉｇｈｅｒｆｉｅｌｄｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｍａｔｅｒｉａｌＣａｎｍｅｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＥｒｉｃｓｓｏｎ－ｔｙｐｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧｄｓｓＦｅ３０Ｐ１５
ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
ａｌｌｏｙ；ｍａｇｎｅｔｏｃａｌｏｒｉｃｅｆｆｅｃｔ；ｍａｇｎｅｔｉｃｅｎｔｒｏｐｙｃｈａｎｇｅ
１引言磁制冷是基于材料的磁热效应的制冷技术。它具有高效节能、对环境友好、体积小、运行可靠等优点，且具有替换气体压缩制冷的可能，非常符合当今社会提倡的低碳经济发展要求，因此室温磁制冷近年来引起了人们的极大兴趣【ｌｑＪ。当今各国学
收稿日期：２０ｌＯ－０７一１５修回日期：２０１０－０８－０１基金项目：广东省教育部产学研结合基金资助项目（２００９８０９０３００２７３）；广东省科技计划项资助目（２００７８０１０６０００４３，２００７８０１０６００００７）；国家自然科学基金资助项目（Ｕ０７３４００１，５０８７４０５０）：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（２００９ＺＭ０２９１．２００９ｚｚ００２５，２００９ＺＭ０２４７）。通讯作者：钟喜春Ｅ．ｍａｉｌ：ｘｃｚｈｏｎｇ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
１２者对磁制冷的研究重点是开发、挖掘具有大磁热效应的材料。其中主要有下面两类材料：一类是具有二级相变的一些稀土金属及其金属间化合物【４】；另一类是具有一级相变的材料，如：Ｇｄ５（ＳｉｘＧｅｈ）４０５｜、ＬａＦｅｌＩ．４ＳｉＩ．６【６１、ＭｎＦｅＰｌ＿ＪＡ０７】和ＭｎＡｓｌ—ＪＳｂｘ［ｓｌ等。具有二级相变特性的软磁非晶材料具有高的磁导率和电阻率，低的矫顽力１９】，在磁制冷应用中非常适合一些由永磁体提供磁场的制冷机中，能够在低场下快速饱和、涡流损耗小、能够在高频下工作。另外，非晶合金具有良好的耐蚀性、抗氧化性、优良的机械性能，且其居里温度可调。因此，非晶合金已成为磁制冷材料的另一个研究热点阻１４】。目前非晶类材料磁热效应的研究主要集中于镧系阻１２ｌ和过渡金属合金［１３“１４】，由于重稀土金属具有大的磁矩和复杂的磁结构，因此重稀土金属基非晶合金尤ＪＭａｇｎＭａｔｅｒＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ４２Ｎｏ１万方数据其受到关注。本实验研究了Ｇｄｓ５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金的磁热效应，测量并分析了其磁熵变值ＡＳＭ。结果表明Ｇｄｓ５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金在较宽的温度范围存在近似恒定的磁熵变平台，能够满足磁Ｅｒｉｃｓｓｏｎ型磁制冷机的要求，这对于实际的磁制冷应用具有重要意义。
２实验方法以纯度为９９．９５％的Ｇｄ、９９．９５％的Ｆｅ、９９％的磷铁为原料，按Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５设计成分进行配料，采用真空电弧炉，在高纯氩气氛保护下进行熔炼，
为了得到组织均匀的铸锭，反复熔炼４次以上。然后将铸锭破碎后装入熔淬炉中石英管内，真卒感应加热熔融后喷射到高速旋转的水冷铜辊上快速冷却得到非晶条带，铜辊表面切向线速度为５０ｍ／ｓ。采用荷兰Ｐｈｉｌｉｐｓ公司Ｘ’Ｐｅｒｔ型Ｘ射线衍射仪（Ｃｕ靶Ｋｃｔ射线，波长为０．１５４０５６ｎｍ，２０范围为２００－９００）确定样品的晶体结构。采用ＱＵＡＮＴＵＭＤＥＳＩＧＮ公司的综合物性测量系统（ＰＰＭＳ．９）进行磁性能测量，在低场下测量材料的Ｍ－Ｔ曲线（删．ＯＩＴ）和不同温度下的绝热磁化胁日曲线，
根据样品的Ｍ－Ｔ曲线确定居里温度；等温磁熵变的计算则是根据自旋系统的磁熵是温度和磁场的函数，由磁Ｍａｘｗｅｌｌ热力学关系‘１５】：ｆａｓ１：ｆ丝１
（１）
ｔ，ａｎＪｒＬ玎儿
在等温条件下由（１）式推导出：峨（７’，日）＝－ｓ＾ｆ（ｒ，Ｈ）一ｓＭ（ｒ，ｏ硝幽ｌａｙⅣ埘（２）
在实际计算时把（２）式连续的积分化成离散的求和【１６Ｊ，即：ＡＳｕ（Ｔ㈣：∑监马竺华（３）
通过测量居里温度附近不同温度下的绝热Ｍ－Ｈ曲线，利用（３）式求得等温磁熵变。
３结果与讨论３．１晶体结构图ｌ是ＧｄｓｓＦｅ３０Ｐ１５薄带的ＸＲＤ谱。从图中可以看出，在整个衍射角范围内贴辊面和自由面均没有出现比较尖锐的衍射峰，在低角度时呈现出宽化的“馒头峰”，这说明Ｇｄ５ｓＦｅ３ｕＰｌ５合金条带是完全的非晶态。
磁性材料及器件２０１１年２，Ｅｌ
毯秘艟出
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２曰（。）图ｌＧｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５合金条带的ＸＲＤ谱：
（ａ）贴辊面；（ｂ）自由面
３．２磁性测量结果与分析材料的居里温度砭定义为其热磁曲线中磁化强度对温度导数（ＩａＭ／ａＴ１）的最大值所对应的温度。图２为Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金条带在０．０ＩＴ的外磁场下升温过程中实测的磁化强度Ｍ随温度丁的变化曲线。根据Ｍ－Ｔ曲线确定样品的居里温度死约为２４０Ｋ。
图３是Ｇｄ５５Ｆｅ３０ｒ＇１５非晶合金在５Ｋ温度下的磁滞回线，其中左上角为其局部放大图。可见Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金５Ｋ温度下的饱和磁化强度为３．１３ａＢ／ｆ．ｕ．，具有很好的软磁特性，在低场下磁化强度快速饱和，之后随着外场的增高，磁化强度变化很平稳，而且在升场和降场过程中，磁化曲线完全重合，没有磁滞现象。从图３左上角的局部放大图可知，样品的矫顽力大约为４ｋＡ／ｍ。
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７ｙＫ图２Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金在０．０ＩＴ磁场Ｆ的Ｍ－Ｔ曲线
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蝌ｎ图４Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５薄带在居里温度
附近不同漏度下的Ｍ－Ｈ曲线’
／．ｔｏＨＩＭ／（Ｔ·ｋｇ／Ａ·ｍ２）图５Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金的Ｍ２－／ｕｄ－ｔｌＭ曲线
图４是ＧｄｓｓＦｅ３０Ｐ１５非晶合金在居里温度附近的绝热磁化肘珥曲线，在居里温度两边对称区间
内，温度间隔为２Ｋ，远离居里温度对称区间，温度间隔分别为５Ｋ和１０Ｋ。样品在很低的外场下非常容易达到饱和，这对于室温磁制冷采用永磁体作为磁场源是很有利的。在居里点附近，基于分子场理论的磁性系统单位体积热力学势可展开为磁化强度肘的幂级数ｆＪ７】，在外加磁场为铘寸：１１痧（７’，Ｈ）＝Ｏｏ（Ｔ）＋寺ｃＩ（Ｔ）Ｍ２＋÷ｃｊ（ｒ）Ｍ４一ｇｏＨＭ‘（４）其中，织（７）是没有外加磁场时的单位体积热力学势；Ｃｌ，ｃ３为朗道系数，Ｍ为磁化强度，日为外加磁场。相变的类型与Ｃ３的符号有关：Ｃ３为正时，相变为二级相变，ｏ为负时，相变为一级相变。在居里点ａ痧／ａ膨＝０，则由（４）式可推导得：Ｍ２：一Ｉ丛竺～旦（５）ｃ３Ｍｃ；利用（５）式，以Ｍ２－１ｕｏＨ／Ｍ（即ＡｒｒｏｔｔＰｌｏｔｓ）作图得到直线关系，从曲线的斜率可以判断相变类型。在图５中，所有的曲线斜率均为正，说明在居里点附近发生的铁磁．顺磁转变为二级相变。利用居里温度附近不同温度下的绝热磁化Ｍ－Ｈ曲线和（３）式计算Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金在１Ｔ。２Ｔ，３Ｔ，４Ｔ和５Ｔ外场作用下的等温磁熵变，其中５Ｔ外场作用下最大磁熵变为２．７３Ｊ／ｋｇ·Ｋ，如图６所示。值得注意的是Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金的磁熵变峰值平台，在低场下，平台出现在１８０－－。２９５Ｋ宽温区，高场如在３、４、５Ｔ的磁场强度下，平台出现在１８５～２７０Ｋ宽温区。在低场和高场下，在较宽的温度范围内，磁熵变都具有近似恒定值。在较宽温区间的磁熵变平台对实际的磁制冷应用具有重１４●誓＿釜二暑ｑＴ／Ｋ图６Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金在不同外场作用下的（－－ＡＳＭ）·Ｔ曲线要意义。同时，随着外场的增大，最大磁熵交向高温方向移动，这是由于外场的增加诱导铁磁．顺磁转变向高温处偏移。
４结论（１）采用熔体快淬法成功制备了完全非晶的Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５合金条带。（２）Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金的居里温度为２４０Ｋ，在居里温度附近发生的铁磁．顺磁性转变为二级相变。（３）Ｇｄ５５Ｆｅ３０Ｐ１５非晶合金在５Ｔ外场下，最大磁熵变为２．７３Ｊ／ｋｇ·Ｋ，磁熵变较大；在低场和高