Диссертация (1104133), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В таблице 2 показаныкак меняются параметры, такие как параметр кристаллической решетки (a), критическаятемпература(Tcr),ширинагистерезиса(ΔTcr),сопротивление(MR),температуры перехода (ΔTB) и изменение магнитной части энтропии (ΔS).40смещениеТаблица 2. Изменение параметра решетки (a), критической температуры (Tcr),ширины гистерезиса (ΔTcr), сопротивления (MR), смещения температуры перехода (ΔTB) иизменения магнитной части энтропии (ΔS) при увеличении содержания Pd в сплавеFe49(Rh1-xPdx)51, где x = 0; 0,01; 0,03; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09.xa, нмTcr, KΔTcr, KMR, %ΔTB, KΔS, Дж моль-1K-10,000,298733251071162,170,010,298893041182161,980,030,2992527418133211,770,060,2996021224188271,600,070,2997018033272241,290,080,2998215443275341,270,090,3000722619197221,02Можно видеть монотонное изменение свойств при увеличении содержания Pd всплавах Fe49(Rh1-xPdx)51, где x = 0; 0,01; 0,03; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09.
При увеличениисодержания Pd увеличивается ширина гистерезиса, а также смещение температурыперехода, в то время как значение изменения магнитной части энтропии уменьшается.Величина ΔS уменьшается примерно в 2 раза относительно двухкомпонентного сплава FeRh. Из монотонного характера изменения рассматриваемых параметров выбивается составпри x = 0,09. О возможных причинах этого авторы не упоминают. Возможно, приувеличении содержания Pd в сплаве Fe-Rh-Pd возникают области Fe-Pd с ГЦК L10структурой [114].Прямых измерений величины МКЭ авторами работы [20] не проводилось.Приведены температурные зависимости изменения магнитной части энтропии длянекоторых составов, которые показаны на Рис.
18. При увеличении содержания Pdнаблюдается уменьшение максимальной величины изменения магнитной части энтропиии температуры перехода. Вычисления величины RC авторами не проводилось, но заметноуширение пиков на графиках ΔS(T) при увеличении палладия в сплаве, что можетсвидетельствовать о возможном росте эффективности охлаждения.41Рис. 18. Температурные зависимости изменения магнитной части энтропии приувеличении содержания Pd в сплаве Fe49(Rh1-xPdx)51, где x = 0; 0,01; 0,03; 0,06; 0,08 приизменении магнитного поля на 1 Тл ( ●) и 2 Тл (○) [20].Необходимо отметить, что авторами работ [141,177] впервые сделан вывод о том,что сдвиг точки фазового перехода напрямую связан с перспективностью использованиятого или иного материала для магнитного охлаждения. На Рис.
19 представленазависимость изменения величины RCP (Refrigeration cooling capacity, как и RCхарактеризует хладоемкость материала) от сдвига точки перехода в поле в различныхматериалах.Рис. 19. Зависимость нормированных относительных значений удельнойхладоемкости от величины сдвига точки перехода в поле в различных материалах[141,177].421.5.
Перспективы использования сплавов на основе Fe-RhНа сегодняшний день известно небольшое число материалов, испытывающихтемпературный фазовый переход АФМ – ФМ, из которых только в химическиупорядоченном FeRh он происходит при температуре, близкой к комнатной [57], чтоделает материалы на основе сплавов Fe-Rh перспективными для использования вмагнитном охлаждении. Впервые данная идея была закреплена в авторском свидетельстве[178]. Суть изобретения состояла в том, что рабочее тело магнитной холодильноймашины, выполненное из магнитного материала, отличающее тем, что с цельюповышения величины МКЭ в области комнатных температур, магнитный материалрабочего тела выполнен из закаленного сплава Fe-Rh при следующем соотношенииингредиентов: железо 32-38 масс.%, родий остальное.
Организация циклов работымагнитного холодильника на основе фазового перехода первого рода АФМ – ФМобсуждается в работах [179,180].Однако высокая стоимость родия предполагает поиск других применений рекордныхзначений МКЭ, наблюдаемых в данном материале, в других областях, где стоимость нестоль важна. Одним из хороших примеров является медицина.Второе возможное направление, это поиск сплавов, обладающих гигантским МКЭ,но не имеющих в своем составе родия.
Предыдущие исследования указывают на то, чточастичное замещение родия в сплавах Fe-Rh такими металлами, как палладий, платина,иридий, никель, медь может приводить к смещению температуры фазового перехода,уменьшению величины МКЭ, уширению его пика на температурной кривой, изменениюудельного сопротивления [20,21,75,164,174,181]. При этом, прямых измерений МКЭ влегированных сплавах не проводилось. Таким образом, исследование характераизменений МКЭ при замещении родия более доступными материалами при сохранениивысоких магнитокалорических свойств является крайне актуальной задачей.Среди медицинских применений на сегодняшний день наиболее перспективнымявляется использование сплавов на основе Fe-Rh в составе носителя для лекарственныхсредств или биологически активных веществ [8,182]. Устройство состоит из двух слоев:первый слой представляет собой материал с высокими отрицательными значениями МКЭ,второй слой – термочувствительный полимер, в котором содержится лекарственноесредство.
Этот полимер обладает таким свойством, что в нем происходит фазовыйпереход в водорастворимое состояние при понижении температуры ниже определенногозначения. Это приводит к высвобождению лекарства из полимера. Таким образом,охлаждая термочувствительный полимер, возможно регулировать процесс высвобождения43лекарств.
Для охлаждения полимера используется слой из материала с высокимотрицательным МКЭ. В качестве такого материала может использоваться сплав Fe-Rh,который охлаждается (и охлаждает термочувствительный полимер) при возрастаниимагнитного поля. Описанный механизм может применяться также и в имплантатах [182].Еще одним перспективным направлением применения сплавов Fe-Rh, какматериалов с резким фазовым переходом при температурах, близких к комнатным,является их использование в технологии тепловой магнитной записи (HAMR), котораяпозволит значительно увеличить плотность записи цифровой информации. ТехнологияHAMR основана на локальном нагреве лазером поверхности пластин жесткого диска приперемагничивании битов.
Локальное повышение температуры на время записи уменьшаеткоэрцитивную силу материала пластины диска, таким образом, для перемагничиваниятребуются меньшие магнитные поля. Следствием этого является повышение плотностизаписи, а также увеличение надежности хранения цифровых данных, т.к. исключаетсянегативное воздействие суперпарамагнитного эффекта [183]. В работе [184] показанаперспектива использования трехслойной пленки FePt/FeRh/FeCo для реализации втехнологии HAMR.
Использование пленки Fe-Rh между слоями из Fe-Pt и Fe-Coпозволяет включать и выключать обменное взаимодействие между ними. В АФМсостоянии слоя Fe-Rh при комнатной температуре слои Fe-Pt и Fe-Co изолированы друг отдруга антиферромагнитным слоем Fe-Rh. При нагреве слоя Fe-Rh лазером до его переходав ФМ состояние появляется обменное взаимодействие между слоями Fe-Pt имагнитомягкимFe-CoперемагничивающиечерезполядляферромагнитныйFe-PtмогутFe-Rh.бытьВтакомзначительносостоянииуменьшены–перемагничивание Fe-Pt происходит через обменную связь с магнитомягким Fe-Co.Двухслойная пленка FePt/FeRh как перспективный материал для тепловой магнитнойзаписи исследована также в работах [11,24,184–188].44ГЛАВА 2. Образцы и методика измерений2.1.Образцы для измеренийПоликристаллическиеобъемныеобразцыFe50,4Rh49,6,Fe49,7Rh47,4Pd2,9иFe48,3Rh46,8Pd4,9, исследуемые в настоящей работе, были изготовлены в лабораторииуниверситета Хиросаки (Department of Advanced Physics, Hirosaki University, Япония) извысокочистых металлов Fe, Rh, Pd.
Исходные материалы имели чистоту 99,9 ат. %относительнодругихэлементовПериодическойсистемы.Химическийсостависпользованных образцов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, был определенметодом рентгеноспектрального микроанализа (EPMA).Измерения намагниченности и МКЭ проводились на образцах Fe50,4Rh49,6,Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, вырезанных из одних и тех же исходных слитковметодом электроэрозионной резки.
Образец Fe50,4Rh49,6, используемый для измеренийМКЭ и нейтронографический исследований, имел форму цилиндра диаметром 6,5 мм ивысотой 3,5 мм со скругленными ребрами у оснований (Рис. 20).Рис. 20. Поликристаллические закаленные образцы Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 иFe48,3Rh46,8Pd4,9, использовавшиеся при измерениях МКЭ.Образец Fe49,7Rh47,4Pd2,9, используемый для измерений МКЭ, в форме цилиндрадиаметром 9 мм и высотой 2 мм, ребро одного из оснований было скруглено.
ОбразецFe48,3Rh46,8Pd4,9, используемый для измерений МКЭ, имел форму прямоугольногопараллелепипеда размерами 7×7×3 мм3, 4 вершины одной из граней были округлены.Данные формы и размеры образцов обусловлены их резкой из исходных слитков, которые45имели форму, близкую к эллипсоиду вращения. Образцы для измерения МКЭ быливырезаны таким образом, чтобы они имели максимальный размер, позволяющийразместить их на держателе образца установки по измерению МКЭ. Округлости связаны сизначальными формами слитков, полученными в процессе плавки.Образцы для измерений намагниченности были вырезаны из тех же слитков, что иобразцы для измерения МКЭ.
При измерениях намагниченности использовались образцыразмерами 1×1×4 мм3.462.2. Методика изготовления образцовОбъемныеобразцыжелезо-родиевыхсплавовFe50,4Rh49,6,Fe49,7Rh47,4Pd2,9иFe48,3Rh46,8Pd4,9 были изготовлены из слитков, полученных в результате плазменнойдуговой плавки.Исходные металлы чистотой 99,9 ат. % помещаются в герметичную плавильнуюкамеру, из которой откачивается воздух до давления 10-3 Па. После откачки камеразаполняется аргоном до давления 0,09 МПа. Плавка исходных металлов в плазменнойдуговой печи происходит за счет плазменной дуги, возникающей между катодомплазматрона и расплавляемым металлом.
Температура плазменной дуги достигаетзначений до 15 000 К. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон.Слитки сплавов Fe50,4Rh49,6, Fe49,7Rh47,4Pd2,9 и Fe48,3Rh46,8Pd4,9, полученные врезультате плазменной дуговой плавки имели форму эллипсоидов вращения с полуосямив диапазоне 3 мм – 5 мм. Из слитков были вырезаны образцы, которые отжигались ввакууме при температуре 1273 К в течение 24 ч. При отжиге кристаллическая структураГЦК, образованная в сплаве после плавки, изменяется на ОЦК с упорядоченноймагнитной структурой и происходит гомогенизация сплава. Далее была проведена закалкаобразцов, при их быстром охлаждении до комнатной температуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
