Диссертация

Диссертационная работа посвящена исследованию магнитных и магнитокалорических свойств материалов La(Fe,Si)13 и RCo2 (R = Er, Ho), а также адаптации их для применения в мультистимульных циклах твердотельного магнитного охлаждения в диапазоне комнатных и криогенных температур соответственно. Объектами исследования являлись сплавы состава LaFexSi1.4 (x = 11.6, 12.6, 13.6, 14.6) в литом и гидрированном состояниях, а также быстрозакаленные и отожженные ленты интерметаллидов ErCo2, HoCo2, TbCo2 и GdCo2. Измерения магнитных и магнитокалорических характеристик выполнены методом вибрационной магнитометрии с одновременным контролем температуры образца.

Разработана обобщенная феноменологическая модель метамагнитного фазового перехода первого рода, расширяющая подход Бина-Родбелла на случай одновременного действия температуры, магнитного поля и давления с учетом ангармонизма фононного спектра, что позволило количественно описать смещение температуры Кюри вплоть до околокритических давлений. Установлено, что уширение полевого гистерезиса в сплаве LaFe11.6Si1.4 при скоростях развертки поля от 20 до 3000 Э/с обусловлено преимущественно тепловым эффектом от магнитокалорического нагрева (охлаждения) образца, а не внутренней кинетикой перехода, что дало основание для предложенного метода безгистерезисного цикла через управление давлением. Экспериментально и теоретически установлена взаимосвязь магнитного состояния, магнитокалорического эффекта и механической прочности в сплавах La(Fe,Si)13 при гидрировании и структурном армировании ОЦК-фазой Fe–Si. Показано, что формирование каркаса из 17 об.% ОЦК-Fe-Si и применения оптимального режима наводораживания позволяет сформировать двухфазную композитную структуру с балансом калорических и прочностных свойств.

В соединениях RCo2 показано, что быстрая закалка из расплава формирует вакансии в редкоземельной подрешетке, повышающие плотность электронных состояний на уровне Ферми и вызывающие смену рода фазового перехода с первого на второй с ростом температуры Кюри на 8 - 10 К, причем отжиг полностью восстанавливает исходные характеристики. Выполнено численное моделирование теплообмена для теплообменников различной геометрии, определившее оптимальные конструкции регенераторов для комнатного и криогенного диапазонов. Полученные результаты расширяют представления о природе магнитных фазовых переходах первого рода под действием комбинированных внешних сил и формируют основу для конструирования рабочих тел твердотельных магнитных рефрижераторов с заданными калорическими и механическими свойствами.