[发明专利]保持MnNiGe基材料的强磁共结构相变的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温相为Ni₂In型六角结构、低温相为TiNiSi型正交 结构的磁共结构相变材料Mn_1-xFe_xNiGe和MnNi_1-yFe_yGe、保持其强磁共结 构相变的方法以及在磁驱动、磁换能、磁制冷等领域的应用。

背景技术

磁共结构相变是指磁相变发生的同时伴随晶胞体积或/和结构对称性(空 间群)的改变，前者称为磁弹性相变、后者称为磁结构相变。具有这种相变 特征的材料称为磁共结构相变材料。磁共结构相变材料在磁驱动、磁换能、 磁制冷等领域具有广泛用途。例如：具有变磁特性的高Mn含量Heusler合 金磁相变发生的同时伴随马氏结构相变，相变前后大的塞曼能差μ₀ΔM·H可 使磁场驱动结构相变，已报导的Ni-Co-Mn-In体系在7T磁场下材料的应力 输出高于传统铁磁形状记忆材料的50倍以上。另外，具有高饱和磁矩的磁 共结构相变材料由于一级相变性质往往表现出大的磁热效应，例如：美国、 中国、荷兰、日本相继发现的Gd-Si-Ge、LaCaMnO₃、Ni-Mn-Ga、La(Fe,Si)₁₃、 MnAs基化合物等几类巨磁热材料均为磁共结构相变材料。

近年来，具有Ni₂In型六角结构的三元MM’X合金体系引起了人们的 关注，作为MM’X系列合金家族的一员，正分的MnNiGe合金呈现反铁磁 性，并伴有无扩散马氏结构相变，但马氏结构相变和磁相变并不耦合，随 温度下降在顺磁区域出现马氏结构相变，晶体结构从高温的Ni₂In型六角 结构(空间群：P6₃/mmc)奥氏体母相转变成低温的TiNiSi型(空间群：Pnma) 正交结构的马氏体相，其马氏体结构相变温度位于T_stru～483K，进一步降 低温度在T_N～356K出现马氏相的顺磁-反铁磁相变(奈尔温度)，正分的 MnNiGe合金马氏结构相变和磁相变不重合。研究发现，在具有六角结构 的三元体系MM’X中通过引入化学压力、物理压力也可实现磁共结构相变， 利用等结构合金化的方法通过引入Fe替Mn或Ni，可在Mn_1-xFe_xNiGe和 MnNi_1-yFe_yGe材料中实现磁共结构相变，使马氏结构相变发生在顺磁奥氏体 母相和铁磁或反铁磁马氏相之间，并且发现此类体系磁相变伴随的巨大晶 格负膨胀(2～4％)超过了所有已报道的具有不同空间群的其他体系的晶格 改变量，从而带来优越的磁驱动、磁记忆、磁热效应，预示着材料具有更 大的应用潜力。

保持强的磁共结构相变耦合强度是获得优秀磁性能(磁驱动、磁记忆、 磁热效应)的关键。由于巨大的晶格负膨胀，具有六角结构的三元体系 MM’X表现出易碎的特征，新制备出的样品往往碎成粉末。但是目前不清楚 粒径尺寸是否对磁共结构相变耦合强度、以及材料稳定性产生影响。由于不 同材料体系化学势、结合能不同，其力学稳定性、抗氧化特性等显 著不同，从而材料改性的粒径下限也不同。

发明内容

本发明的发明人经过深入的研究发现，对于具有一级相变性质的磁共结 构相变材料Mn_1-xFe_xNiGe和MnNi_1-yFe_yGe，当粒径减小到<100μm，材料出 现不稳定性，磁共结构相变部分退耦合(即磁相变和结构相变发生分离)， 在低温区出现多余的磁相变，从而影响磁共结构相变耦合强度，磁热性能下 降。因此，为了保证材料的优秀性能，实际应用过程中需要将粒径小于100μm 的颗粒筛除掉。这对于材料的实际应用具有重要意义。

因此，本发明的目的在于提供一种具有磁共结构相变的材料、保持强 的磁共结构相变耦合强度的方法、以及该材料在磁驱动、磁换能、磁制冷 等领域的应用。

为有助于理解本发明，下面定义了一些术语。本文定义的术语具有本发 明相关领域的普通技术人员通常理解的含义。