SPS制备Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24室温磁制冷材料

　　磁制冷是一种绿色环保的新型制冷技术，具有普通的空气压缩制冷无法比拟的优势，近年来一直受到国内外的关注，涉及空调、冰箱等很大的应用市场。磁制冷采用磁性材料作为制冷工质，通过磁热效应进行制冷，即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，而绝热退磁时从外界吸取热量而达到制冷效果。与传统压缩制冷相比磁制冷具有如下竞争优势：(1) 无环境污染。由于工质本身为固体材料以及可用水溶液作为传热介质，消除了因使用氟里昂、氨及碳氢化合物等制冷剂所带来的破坏臭氧层、有毒、易泄漏、易燃、易爆等损害环境的重大问题;(2) 高效节能。磁制冷的效率可达到卡诺循环的 30%～60%，而气体压缩制冷一般仅为 5%～10%，节能优势显著;(3) 易于小型化。由于磁工质是固体，其熵密度远远大于气体的熵密度，因而易于做到小型化;(4) 运行稳定可靠。由于无需压缩机，可大幅降低振动与噪声，可靠性高，寿命长[1]。

　　目前，磁制冷技术在低温和超低温领域已实用化，但在室温领域还处于探索和研究阶段，随着材料性能的提高，必将具有广阔的应用前景。因此，近十多年来，国内外的研究重点都集中在室温磁制冷材料上，相继发现了具有巨磁热效应的GdSiGe[2]合 金 、MnAsSb 合金、MnFePAs 合金以及 LaFeSi[3]合金。MnFePAs[4]合金的居里温度可调整在室温附近，是具有巨磁热效应的一级相变材料，具有较大的磁热效应但 MnFePAs 合金含有剧毒元素 As，有悖于绿色环保的理念。MnFePGe[5]以无毒元素 Ge[6]替代有毒元素As，具有大的磁热效应，其居里温度位于室温附近，是近几年来受到国际磁制冷界高度重视的新型磁制冷材料，该体系具有高磁熵、环保、低成本和使用温度范围大等磁制冷材料的主要优点。但是通过普通热压烧结和熔炼快淬方法制备样品工序复杂、时间长，而且样品使用性较差。探索新的工艺制备 MnFePGe[7-9]材料成为研究重点。

　　本研究重点依托放电等离子烧结技术(sparkplasma sintering，简称 SPS 技术)的升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，在较低烧结温度和较小成型压力下能够烧结出高性能的材料等优点[10]，对Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24材料进行制备和结构研究。

　　1 实 验

　　名义成分为Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24样品的制备通过机械合金化和SPS烧结来完成，机械合金化设备为GN-2型球磨机，SPS设备为SPS-5.40-IV/ET型。原材料分别为：锰粉 (纯度≥99.99%)，铁粉 (纯度≥99.99%)，赤磷粉(纯度≥99.9999%)和锗粉 (纯度≥99.9999%)，通过机械合金化制备Mn1.2Fe0.8P0.76Ge0.24粉末，再将粉末放入Φ20mm的石墨模具中，将石墨模具放入放电等离子烧结系统(SPS)的真空腔体中压紧，分别烧结至910、920、930 ℃(升温速度为70 ℃/min)，并保温10 min，烧结压力为30MPa，随炉冷却至室温后脱模，获得圆柱形块体样品。