[发明专利]一种锰钴硅锗低温巨磁致伸缩材料及其制备方法

说明书

一种锰钴硅锗低温巨磁致伸缩材料，该材料由Mn、Co、Si和Ge四种金属组成，材料的分子式为MnCoSi_1‑xGe_x，其中x取0.06~0.07，该材料的温度以及磁场诱导的变磁性相变发生在150K~230K，临界磁场为0.2~0.8T，低温磁致伸缩在垂直于织构方向和平行于织构方向表现出各向异性行为，于1.4T磁场诱导下变磁性相变在平行于织构方向上磁致伸缩效应最高达到2026ppm，在垂直于织构方向上磁致伸缩效应最低达到‑1685ppm。本发明制备出了成本较小，具有低温变磁性相变性能，临界磁场较低，不易碎裂，取向较好，且内部结构致密的低温磁致伸缩材料，扩大了其用途和使用范围。

技术领域

本发明涉及磁性功能材料技术领域，具体的说是一种锰钴硅锗低温巨磁致伸缩材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，低温物理研究在超导、超流、磁制冷、分数量子霍尔效应等多个领域取得了重大突破，但针对低温磁致伸缩材料的研究却相对较少。相比于室温磁致伸缩材料来说，低温磁致伸缩材料可以应用在低温条件下的国防、工业等领域。目前，现有技术中研究最多的低温磁致伸缩材料主要为具有立方Laves相的稀土-铁基化合物，该类材料低温磁致伸缩效应较大。如，唐妍梅等发现PrFe_1.9在200K在3 T磁场下可以产生约2500ppm的磁致伸缩。但该类稀土-铁基低温磁致伸缩材料由于组分中含有稀土元素，故成本较高，并且这类材料本身的脆性较大，在使用过程中易损坏，因此，不利于实际应用。所以，亟待开发低成本，具有低临界磁场、可逆的低温巨磁致伸缩材料。

MnCoSi合金是由廉价的过渡族元素和主族元素构成，其奈尔温度（T_N）约为380K。当温度低于奈尔温度时，磁场可以诱导该合金从反铁磁相到铁磁相进行变磁性相变，并伴随着较大的晶格畸变。故该类材料是潜在的磁致伸缩材料。Mn原子决定了该合金体系的磁性。而Mn-Mn原子存在的两个最近邻间距分别为d₁和d₂。密度泛函理论计算证实d₁的大小决定了该体系的磁结构。正分的MnCoSi合金在奈尔温度以下表现为反铁磁结构。在200K下，驱动变磁性相变的临界磁场高达 8T，这对于实际应用非常不利。所以非常有必要降低临界磁场。由于MnCoSi合金内部的反铁磁相和铁磁相存在一种相互依存、相互竞争的关系，d₁非常靠近铁磁区域，外界能量有可能破坏这种反铁磁-铁磁竞争关系，故如何通过一定的处理步骤和手段，诱导合金中的反铁磁相向铁磁相进行转变，进而实现降低临界磁场的目的对于开发MnCoSi合金系磁致伸缩材料来说实为必要。

发明内容

本发明的技术目的为：制备一种成本较小，具有低温变磁性相变性能，临界磁场较低，不易碎裂，取向较好，且内部结构致密的低温磁致伸缩材料，来扩大其用途和使用范围。

为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：一种锰钴硅锗低温巨磁致伸缩材料，该材料由Mn、Co、Si和Ge四种金属组成，材料的分子式为MnCoSi_1-xGe_x，其中x取0.06~0.07，该材料的温度以及磁场诱导的变磁性相变发生在150~230K，临界磁场为0.2~0.8T，低温磁致伸缩在垂直于织构方向和平行于织构方向表现出各向异性行为，于1.4T磁场诱导下变磁性相变在平行于织构方向上磁致伸缩效应最高达到2026ppm，在垂直于织构方向上磁致伸缩效应最低达到-1685ppm。

优选的，分子式中的x=0.07。

一种锰钴硅锗低温巨磁致伸缩材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照分子式MnCoSi_1-xGe_x中Mn、Co、Si和Ge四种金属的摩尔比，分别取Mn、Co、Si和Ge四种金属单质进行混合，充分混匀后，将混合原料置于电弧熔炼炉中的铜坩埚内，抽真空至炉内真空度为1×10^-4Pa，之后在持续通入高纯氩气的条件下，对混合原料进行重复熔炼3~4次，制得合金块材，备用；