Теоретическое и экспериментальное обоснование возможности использования перехода антиферромагнетизм-ферромагнетизм в сплавах железо-родий для магнитного охлаждения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

туркменский государственный

УНИВЕРСИТЕТ имени МАГТЫМГУЛЫ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 537. 638: 536. 763+621. 318

АСАТРЯН Карине Андр аниковна

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРЕХОДА АНТИФЕРРОМАГНЕТИЗМ—ФЕРРОМАГНЕТИЗМ. В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-РОДИЙ ДЛЯ МАГНИТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

01. 04. 07—физика твердого тела

Автореферат

диссертации па соискание учении степени кандидата физико-математических наук

АШГАБАТ — 1995

ТУРКШЮК'/П ГОСУЯАРСТЭЗКНЬЧ УШЕЕРСКГЁТ имени К4ГГШГУЛМ

«•гг-есш ФАКУЛЬТЕТ

па правах рукописи УЛК 337.033:533.763+621.318

АСАТРЯН Кдряне Аняраниковна

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИШТГАЛЬШЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОШЗСТИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРЕХОДА А11Т№ЕРРСИАГ^:<1ЙН-Ф5РР1!МАГНЕТЮМ В СПЛАВАХ ЕЛЕЗО-РОЛИИ ДЛЯ МАП-ШЮГО 0Ш1ДЕДОЯ

0^.04.07 - фгаикэ твердого тела

........-- АВТОРЕФЕРАТ"

дис-'сертаийи на соискание ученой степени кандидата ^«оико-катенати'кзскйх наук

АШГАБАТ -'1995

Работа вшолнена на физической факультете Туркменского государственного университета имени Магтшгулы.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор,

член АН Туркменистана Мялихгулыев Г., доктор $кзико-иатеыатических наук, профессор Анндораэов МП.

Официальные оппоненты: доктор фиэико-штеыатйческих наук, Орздгудыса В.

кандидат ^азико-ыатеыатнческих наук, Кадыров Я

Ведущая органшацкя: йкаико-техняческий £!кститут

Дкадешш наук Туркменистана (г. Ашгабат).

Заката диссертации состоятся

з_ч. на заседании Специализированного совета К. 2. В. 033 по

зжьчте дкесертаций на соискание ученой степени кандидата фязико-матшатичшеих наук при ТГУ им. Магтымгулы по адресу:

744014, Ашга£$ат, Сапарыурат Туркменбашы иаелы, 31,- ТГУ, Физический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в дкЗлиотеке Туркменского

государственного университета.

Автореферат разослан " " г.

Ученый секретарь Спсшадизирозанисго соьста хаидндат флзяко-глтсмзп'.чгсии» наук

профессор Т.М.ЮСУПОВ

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность тек», Лнялкз "патентной ?! научно-технической литературы покязывйот, что в настоящее врш« ведется интенсивный поиск материале», пригодных для ^сполхлэгания и качестве рабочих тел экологически чист«: бос'|реоноБШ. магнитных холодильных нашим, которьгэ считается. наиболее перспективной эяьтернатпьей традиционно холодильникам. О применимости того или иного материала и качестве магнитного хладозгента сулится ао величине иагнйтокало-рзческсго эффекта и по величин© изменения энтоопи» пл» —

«тлстгиого ппяя ..,,1..¿ii—-" ■"

"то грялс^мы 1к>яя 2 Уо кЗ г.елгсзи точки Кгра к га-долизнт), которьЛ к настоящему времени считается лучшин магнитным хладоагенток, приводят к кзменеиао его энтропия на 13.75-105 эрг/т-К в ввделенвп теплоты в 4-Ю7 эрг/т б изотермических условиях или увеличение температуры на 14 К в адиабатических условиях. Анализ литературы показывает, что при переходе антиферро-магнетязм-ферромагнетизм (АФМ-ФМ) в сплавах Ре-ЯЬ происходит сравнимое изменение энтрогтиг? з значительно меньших полях. Б связи с этим исследование возможности использования этого перехода для магнитного охлаждения представляется весьма актуальньи. Кроме того, ввиду противоречивости ситуации в объяснении природы перекода АФМ-4М в сплаве РсКЬ чзесьма актуальным является получение новых экспериментальное данных, позволявших оценить тот или иной вклад в механизм этого перехода.

Цель работы. Целье. настоящей работы являлось: исследовать воо-козшость испольаования перехода „ антк^ерромагнетиэм-ферромагнетизм в сплавах системы Ге-ЯЬ для магнитного охяазасьия; оценить электронньй вклад в избиение общей энтропии сплава РеШ1 при этем переходе. Научная новизна.- '

- разработана принципиальная схема магнитного охлаждения, основанного на магнитном фазовом переходе I рода анти^ерроиагнетизм-ферронагнетиэм в сплавах Ре-ЯЬ;

- построены теоретические магнитные теплонасоскые к холодяльнш циклы, основанные на поглощении скрытой теплоты перехода АФЧ-4Й4 в сплавах Ре-КЬ и на индуцировании этого перехода магнитны* полем. Получены расчетные фзрмулы и проведены численные оценки

отопительного я зсояодляыюго коэффициентов этах цыслоэ;

- вьазеденз <£opг¿yлa для расчета теыпаратуркой аоркскоста прэдоль-ного югштного поля. H как поля, необходимого для индуцароаагсзг иаракода /vts-î—Ш бо ьсем оовс^ сплава Fcîlh в" вдиа^аттэских условиях;

- найдены темюлогаческее пркгал, поаволягада получать порзход AiM-'Ш з сплавах РеПЬ, &шзккЗ по параметрам к иоделыхшу - uzo-тйркпчаскому;

- разработана ызтодика иашрекаЯ магншшелоричзского в£*скта в ой па с ¡'¡1 перехода АФМ-ЗД позволяй®! всклочить ялияша терюмес-кего гасгерезкса перехода на результаты шшрсгай;

- о^иарук-н гагаи-гаизй отрйкателыгьй шгнйтокмсричеошЗ afJèKT при адвабатическои ю«дуцкроасюы» псрехсдг А&НШ в стшагэ FcRîî tamcnwt полем;

экспериментальны:; данных 'по теплее».-:.-;оста a мэгнато-аф$ехту построена »ьтропканс-чс-ызратуркая дкзгра-еллз^а FJïh в обдс-ста перехода MU-ОД s рос/а^ал* полях к п .^згк.ко, что ганонзииз oifceîl энтропии сплава FeRh пси переходэ з.ш^орр^агкотазы - фэрроматчагтазм офелоалано а основном изыс-его слистроиной шггропаа;

- по зкепоршэьтально определенной шпштиой олтрояийно-те:я«?рз -'Г/рной днаграийо овднгша хлздсэмсоси» сплава Fes,J;n..s » товучеим теляти* аиачелзя отопительного и холодильного коо-^кконтоа рсапши-i шпданкх теплонассснш и хояодальиш гшклоз. ' Ёысохш сиаченкя хпэдое»асооти и иг«:; коэ^ищет'ов акака-гш? еялаьи екз-тсчь! Fc-Rh з ряд наиболее персппктиБШСс хлядоагентоа ¡япштиьи .TcrmoEUst иасосоз ss ре^^яхвратороз.

1. Лредлоюжнье принципиальная сг-зиа кзгштього озотьдоаяз, основанного на штитнеш фззовом парохода I р-ояа акто$>рроиагни-Ti:3K-f|opj>oîi<in:eT<c5H в сплавах Fe-Rh, ко-годика построения теркэ-донажческих цагнг.пш тстюнасосшас я холодалыгос цзкяоа и да---чотньэ формулы д.та стоггателыгаго в холодильного козЗД'ЦИвнтгз этих ишиюв яалявтея основой для последующих разр&йотоя ¡.¿агнггг-m к холоди льш/х устройств.

2. гезультатц лолучгшчю npii исследовании вл-ляния различных рехиюь тер»*.ческой и терюмагаятиой обработки на пологениз ос-

лястя-тежсра*ур в пардигтры перехода МЧ-ч-!!, могут б:ль рсполь-воза»* при еозданя! устрс?»тй с чугсптсяыйИ! влзментамя в гада сялааов Ре-КЬ.

3. О^наругатыК при пндушфоззн-лп перехода Ш1-4Ц. а сплавах Гг~Я!1 капгтпчтд пмга гигантский иагннтскглортчс^ский э^кт пел -рслзл предлагать эти сплаш в качтстаэ рабочего тела кзгнитноД

толояклькоЗ паянии. ...........- • - • •

• 4.- Построэниыв ПНТр0Пй2Н0^7Т?МПерЗТУРНЫЭ дяйгткм— — - Гы."

'¿в■ •».; * кэтссгсэ рзсочэп» тела ргзлгчных энерго-

прообразупедя устройств. Изучи;'? пологепчя. пынос;'^!? из зя-лугг'.

1. Разработана принципиальная схема магнитного охлаждения, основанного на магнитном фазовом перемзде первого рода аитафер-ро«агкеткз»Н5ерроиэгнвтиэм в сплавах Рв-Шь Построены термодинамические магнитны» тегоюизсосяш я холодильные цккш яра погяо— • сюнии скрытой теплоты переведя в сетям х Ре-!?Н а при кн-дуцироэанни этого перехода магиатн^и шлем; получены расчетные формулы для отопительного и холодильного коэффициента этак цек-лсз.

2. На основе р<? лътатоз закалочнизг зксперкяекгоа сделан ш-во2 о тем, что зародмзэуя, из „которых происходит ргзглтоэ перехода антиферромагнетизм - ферроиагкатнзя первого рода в сплавах Ре-КЬ, являатся зерна пысокотекпературной тес <$ззы.

3. При индуцировании перехода /.*'(-<?'Га етлзаах ге-Кп магнитит полей - ойезруден "гигантский иаггатокалоричес»™» г^ск?: приложение пота гг&птпп критической тег-ятерзтуры перехода прзподят к охлаждении сплава, а снятие поля - к егоиагрегу. — -

4. Лля адиабатического тдуцирования перехода актиферроиап.'в-тиам - ферромагнетизм в сплаве РсЯЬ необходимо приложение предельного поля, существенно превыааокузго кра-пкесиоё поле перехода. Получен» феркулы для расчета температурной зависямзсти предельного поля. ....

5. Изменение оокей энтропия сплава ГеЕЬ при переходе атифгр-ромэгиетизм - ферромагнетизм обусловлено в основном изменение» „: его электронной энтропии. ...... V' ~ г."""" ' : - .

6. Вьсокие расчетные и экспериментальны» значения отопительного и холодильного коэффициентов тешгакасоскых и холодильных

циклов, основанных на магнитном фазовом переходе первого рода в сплавах Рс-йН, позволяет прогшшровать перспективность использования материалов, обладавших такими переходами, в качестве хла-доагентоз дагнатокадорических тепловых насосов ы рефриаератороя. Личное участие автора. Постановка задач диссертационной работы принадлеаит оовшетно автору б научньи руководителям, а их реализация £5 основные результаты принадлежат автору этой работы. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на II Всесовзнон сеишре "Нагнитньв фазовье переходы и критические явления" (Махачкала, 1089), V Всесовдноы совещании "Диаграшзы состояния шталлачоских систем" (Москва, 1089), V Всесоюзном симпозиуда ьЫагнаткзм редкоземельных соединений" (Москва, 1983), I и II Республиканских иэввузовсхих научных конференциях "Актуальнш проблемы фзэикя твердого тела, радиофизики и теплафгаккя" (Ашхабад, 1991, 1693), XIX Всесоюзной конференции по физике магнитных калений (Таакент, 1991), Межреспубликанской студенческой научной конференции по физике тсердого тела (Томск, 1992). *

Публкхапш?. Основные результаты диссертация опубликованы' в 17 работах, в том числе 2 авторских свидетельствах на изобретения. Структура и объем работа Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных итогов работы и библиографии^ кэ 154 наименований. Она содержит 139 страниц машинописного текста, включая 48 рисунков и 8 таблиц.

КРАТКОЕ С0ЛЕР2АШ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тем^, сформулирована цель работы, решавшиеся в ней задача и основнда полозания, вьносимье из защиту.

В первой главе диссертация систеютизирозаны основнда сьаДания о мапгатном охладдента. Во второй части первой главы приведены данные о переходе АФН-441 в сплавах келезо-родщй, необходимые для анализа применимости его с точки зрения кзгштнэго охлаждения, и данные, раскрывшие ситуация в объяснения природы зтого перехода.

Во ъторой главе дается термодинамический анализ тегиюнасосных

в холодильных циклов, основанных на изотермическом поглощении скрытой теплоты перехода А$М-<$< а сплавах Ре- КН и на адиабатического индуцировании этого перехода магнитнььс полем.

1 представлена модельная З-Т диаграмма исследуемого

Нз р:;с.

сплава. При температуре Т^ в нем происходит фазовьй переход

Обраткьй переход пря охлааде-Кагнитное поле сдвигает

первого рода со скачком энтропии, нии происходит при температуре Т

Л-

критическуо температуру перехода в сторону гг:;^,, ^

НИя ЛЛПЧЯТ

гласно йог»«""»

___^ . 7 Х " ''

"ПС ¿¿ИЯ^НИ'^ГО

п | является постоянной.

Анализ баланса энтропия на модельной Й-Т диаграмме сплава позволял вывести рад соотношений, необходимых для анализа эффективности циклов рассматриваемого способа переноса теплоты. Это -связь между скачками энтропии пра различных ¡значениях температур и полей,

- т>

- &С !й:

*а

тЕ<г

ЛЗСГ^ - ДЗСТ^) - ¿С 1п

50

еН

перешедшего в ферро-

т 7

формула для вычисл. ля части обыгкг сплава, кзгнятное состояние

«(Ъ«) * ______________

формулы для вьиисления предельного..поля, индушфутоёго переход ссем сюъет сплава при адиабатической вносе его з ¡ипктноэ юле и адия<<ати'!с-с;;он вьяосе из магнитного поля,

(1)

«О «О »0

ормулы для определения максимального кагнитокалоряческого ектов при пряном к обратном перехода

Г» - 1-1 ^С.о). &с

йТ.

ос

\ Г '

"ао

"АО

- s -

^.me » ^ - X - To - AH* - Г,

si фор&уя.a для спредег.аная шксазакыютч) значения теш&ратуры Т^ еьемвчснш пра которой шэтштного. поля приводит к полному адиабатическому переходу ÍM-ASM

Т» « Т*о - А"» - Т* «?

«F*) ^АО , Ло 1

с— ' с-

4« <3 sQ

ГЬяученнш соотпэшшя позвокяш проанализировать ссновкыэ виды теплонзсосиыя и хояоюльшх циклов, которш шгут с5агь реализованы с использованием перехода A§M-íí4 в сплаве FcRh. ■

Рассмотрим некоторые тешвднасоснш и холодилькьв циклы.

Рассютрии сначала тегшонссоснш циклы. осноьаннш на coo&je-}игл рабочему телу (РТ) скрытой т&илазд перехода Aíü-íll (рас. 2).

Пусть №»Зход?л» нагреть прйоккнк .теплоти (ГО) до теиператури Wï. Рассмотри Î цпкл !-2-S-a-4-S-5-b-t- На .участке 1-2 к РТ в MU (fase лрл те«;ератур-з Tt-Yc¿ адк л0э\-кч«жи прикладыза-SH поле Н'. фа этом o.io охлаждается до теипературы На участке Z-ä РТ пра температуре та поглоааот из,окружаете!)-среды ск-ругув теплоту перехода АЗД-ФИ а перзходпт а Ш фазу. • На участке 3-й Р2 в СМ $азе нагреэается s поле Н'окруяащеп средой до тем-гцжури-Т..

На у4SCTK-0 в-4 рабочее тело в 4M tißvo н«грева&тся внешний источником. На участке 4-5 РТ в Ш <£азе едшйагичеоки ездосвтся га поля H'. îta участке 5-8 РТ отдаст ПТ теплоту перехода Cií-Aíí! и переходит, а АФМ фзэу. На участке S-b РТ в í¿ú3ó отд^эт теплоту приемнику теплоты. На учзслсо Ь~1 РТ в AÎM фаоо охлаядастся схруяадцей средой fio твжорвтури Т .

Диаграмма, гло<!рйг«шая на рас. 2, допускает адиабатическое удаление РТ из ойшстй действия изг.шного пом при лз^Зой то*>ле-ратур© на участка ■£-'*. П^дпояозшм, что РТ шюсится га поля при Т . Тогда щш I пркнанает вид H 1-2-3-a-S'-S'-S-fc»l.

Et

Полностью ксклочатъ подогрев РТ впалша источником ь:о»ю, еы-клвчэя пол© Н' адиабатически пра Т а Тя. Тогда цикл И щжой-ретае? вид Ш t-2-S-a.-b¿b-Í.

Odpsmc« теперь к теплонзсоснш циялаи, ссновашда на адиабатическом индуцировании перехода 'Attl-CM,. поскольку сил пезволя-

- о -

ВТ осу^ягтвлять ТйГИЮТЫ ИЗ холодного резервуара r.p;î тякпо-

p^-rypa;it существенно няге те«псратурн оируггокей среды.

Paoc>iOTpïîM {V l-2-3-Jb-î-5-6~b-!. Va участке 1-2' Р~ з АФМ £лэе при Т=Т адиабатически сносите« в поле Н>Н'. При эток зследстгге частичного индуцирования в РТ перехода ДСМ-СХ часть X изссы РТ пероходиг в iti фазу, часть {1-Х) остается? в АФМ фазе, а ася масса РТ охлаждается до температуры Т»,«. ■ На участке Й'-З' РТ поглощает из холодного рсчорзуард сстат^*»«-.™^-.,,,- ^[^ю-г — ЛОТЫ - Ц^.УЛ зиало-

^TZrii ишг.пу

:<ак и з цикг.э И с целы) уменьшения количества теплоты, сообщаемого рабочему телу от внешнего источника, поле H мозно еьклю-чать адиабатически в точке 5*. Тогда цикл IV преобразуется в цикл V 1-2'~3'-а'-5"-6*-В-Ь-1. фи T^sT^ цикл V преобразуется в цикл V» 1-2' -З'.-а' -b*-b-1.

Энергетическая эффективность теплонасосных циклов характеризуется отопительнш коэффициентом, определяемый формулой ^»Q^/L, где Qm - количество теплоты, переданное за цикл рабочим телом нагреваемому объекту, a L - работа, затраченная на осуществление цикла. Отопительные коэффициенты перечисленных циклов следующие

«Vi-AVWw'v^r^'v-Qs'v)

По аналогии с теплонасоснычм, в работе рассмотрены такхе холодильные циклы (рис. 3), основанныэ на поглощении скрытой теплоты перехода АФМ-4М: цикл I 1-2-3-4-5-1 при H' « H * (Т^ц), Т >Т , цикл II 1'-2'-3'-5'-Г при Н'>Н»(Т'А Т <Т и холоди-

ос в . г и * Ос а

лъные циклы, основанные на индуцировании перехода АОМ-ФМ магнит-нш полем: циклы вида. III i-2'-3%4'-4"-S-l при Т^сТ^ а 1-2*-3*-а-5-1 при » TrJi. Увеличение поля и поименно температуры окруяэтоей среды приводит его , к циклам вида .IV 1* -6-7-8-9-1'.

Энергетическая эффективность холодильных циклов характериэу-

ется холодильньм коэффициентом, определяемым формулой с - (300/Ц где (¡^ - количество теплоты, отнятое аа цикл рабочим телом у охлаждаемого объекта, а Ь - работа, затраченная на осуществление цикла.

Холодильные коэффициенты указанных циклов следусаде

В третей главе описаны технологические приемы, позволяющие получать образцы сплава РеИ» с почти изотермическим переходом АФМ-ФМ, и представлены экспериментальные методики, использовавшиеся в работе,

В главе IV диссертации представлены результаты комплекса исследований магнитных, электрических и тепловых свойств сплавов железо-родий вблизи аквиатомного состава. Исследования проводились на образцах, переход в которых близок к модельному - изотермическому. Такой переход был достигнут разработанной в главе III ¡.методикой закалки образцов.

На рис. 4 представлена температурная зависимость МКЭ закаленного образца сплава Ре^ЛЬ^ в полях до 18. В кЭ. В АФМ фазе и в области сосуществования АФМ и ФМ фаз происходит охлаждение сплава при включении магнитного поля. В области температур 336-337 К в образце происходит смена знака МКЭ, что свидетельствует о той, что в атих областях температур сплав находится в ФМ состоянии. Дальнейшее увеличение температуры до 400 К приводит к незначительному возрастанию величины МКЭ.

Максимальное изменение температуры наблюдается вблизи температуры перехода АФМ-ФМ, где оно достигает, значений 1.2 К. (6.5 кЭ), 2.3 К (12.5 кЭ), 3.2 К (17 кЭ), 3.8 К (19.5 кЭ) в отожженном образце и 4.6 К (6.5 кЭ), 6.9 К (12.5 кЭ), 8.0 К (17 кЭ), 12.9 К (19.5 кЭ) в закаленном. Полученныэ максимально значения МКЗ следует считать гигантскими в сравнении с максимальным известным к настоящему времени отрицательным МКЭ, не превышавшем 0.3 К.

Из температурной зависимости МКЭ наблюдается широкий минимум в отожженном образце и очень узкий - в закаленном. Глубина и ши-

рина минимума сильно зависят от термообработки и от напряженности магнитного поля. Увеличение поля приводит к увеличении МКЗ. смешении пика МКЭ в сторону низких температур и его уикроиии.

Полученные результаты можно интерпретировать следующим образом. Магнитное поле, приложенное к сплаву в АФМ состоянии вблизи критической температуры, индуцирует в нем переход в ФИ состояние. В силу адиабатичности условий эксперимента■в настоящей работе при перекоде АФМ-ФМ, индуцированном полем,.в сплаве происходит уменьшение решеточной части энтропии, в результате чегг>_~»_ охлаждается. _ . ,1._..],- • • -.«тИя'рв^уяйа; о* иссявяор^пу». полевой • азгясимооти -магнитокало-ркческого эффекта &Т(К) в полях до 23 кЭ были определены зависимости полей Н* и Н* от температуры, лредставленнье на рис. 5 (кривые 1, 2). Здесь хе (кривая 3) представлена кривая фазового равновесия сплава Ре4дИ15,, полученная по температурно-энтро-пийной диаграмме. Видно, что для индуцирования перехода АФМ-ФМ в адиабатических условиях требуется приложение магнитного поля,-существенно превышающего критическое (изотермическое) поле перехода Им- Для сравнения на рис. 5 (кривая 4) приведена температурная зависимости предельного поля перехода Нп, рассчитанная по формуле (1) с исж „ьзованием полученных в настоящей работе экспериментальных данных. Соответствие между расчетными и экспериментальными значениями ЬНТ) свидетельствует о правомерности выбранной методики расчета температурных зависимостей предельного поля и подтверждает концегашо предельного поля. ........ .

Результаты измерений- кагнитокалорического эффекта и данные по температурной зависимости теплоемкости в отсутствие магнитного поля были использованы для построения семейства температурных зависимостей энтропии в полях до 25 кЗ, из которых найдены критические ' температуры перехода АФМ-ФМ Т^ и скачки энтропии

к*1*)

Согласно гипотезе об электронном механизме перехода антиферромагнетизм- «ферромагнетизм в сплаве должно быть Ау = I ^^кН-' Анзли- реальной Б-Т диаграммы показал, что это дей ствительно т<х, что свидетельствует о том, что решэгкаув роль при переходе ЛФМ и силам FcP.li играет изменение электронной части

энтропии.

Соглгсно Буду, применимость магнитного хладоагента характеризуется величиной S-AS-АТц/Н, называемой хладоеккостыз, где ¿S -обеспечиваемое хладоагентом изменение энтропии, а АТЦ«ТГ~ТХ -рабочий интервал температур, в котором обеспечивается это изменение энтропии, Тг и Т£ - верхняя и нижняя температуры циклов.

В настоящей работе по этому мзтоду оценена хладов1.«хос?ь сплава Fe<8Rhst. Результаты оценок показали, что хладоаккость сплава более чем в два раза превшает хладоеккость лучших на сегодняшний день магнитных хладоагентов. ,

На рис. 8 построены холодильнш циклы с использованном реальной S-T диаграммы сплава FeRh и иаобраяон способ определения их холодильного коэффициента. Для наглядности приведены только кра-вш £{Т) при охлаждении в отсутсвио поля и при нагрею в полз 23 кО,. кроме того, показаны лишь начальны! циклы охлаждения, то t-сть циклы вида а-Ь-c-d, в которых предполагается вклсчэние п BbSí«j'»?ír,!e полк при одной и той ке температуре Т^., а такаэ только цикли, основанньо на адиабатическом индуцировании перехода магнатам* полей.

Холодимым когп^нциент определялся как отношение теплоты, отнятой у охлаждаемого odteiera Qcq, равной плодади ^írypu befe, к работе цикла a-b-c-d Lr, равной разности плсшдей фигур adíe и befe. Чюленнш значения с хорошо соответствует значениям, полученным расчетно-теоретичсским путем.

Впервые обнаруженная в данной работе гигантская вел .¡чана маг-нитокаораческого эффекта в достаточно слабых шгняткых полях в совокупности с рзаультаташ, далошччниш е главе IV, поавслшш предложить сплавы Fc-Rk в качестве рабочат тела кагпэтиой холодильной мжяны.

ОСНОВА РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1, Разработана принципиальная ехзка и построена терыодпнаиачес-' кая теория магнитного охлаждения, основанного на магнитном

фазовом переходе I рода аити$ерронагкетизм-4©рромагнотйз« с сплавах Fe-Rh.

2. Найдены технологические приемы, позволявшие получать переход АФМ-ФМ в сплавах FeRh, близкий по парс.мэтрам к тдалъноыу. -

етсгершческому, ..

3. Ргпрдботана штодика из^реняй ¡лапгатокапорического в^фекта а области перехода Л'ЙНШ, поеволяияая искличйть влияние термического гестерезиса перехода на результаты йакеренкй.

4. Обнаружен гигантский отрицательный нагштокалорячеашЯ эффект пра адиабатическом индуцировании перехода Ш-Ф!< в сплаве

- fcRh мэгнэткде полем. ____

Б. На CCVÎOB9 эксперитгеаньн!« данных ло'тёплоеыхости а магнето--каясричсехому эйфекту постпгм»нч '

^-^•Г». «ruMrieniTr^priSi» 'Дса-:*; Г. pSij.'ÜSMJftat ЛО-

G. Показано, что га*«бН£?.чие обдаЛ энтропии сплава FeRh при перепаде антеЗсрромагнетазм - <*ерронзп<аткзм обусловлено в ochos-нсп пзнсиениеа его электронной энтропии. ?. По экспериментально определенной магнитной энтропийно-температурной диаграмме оценена хладоемкость сплава и получены чксленнш значения отопительного я ковф-йицкйкгса рбалы&гс' магнитных теплонасосных и хошихдших циклов. Высокие значения хладоемкости и втих кш^цлентов ввд-йкгаст сплавы системы Fe-Rh в ряд наиболее перспективных хла-доггентов магнитных тепловых насосов я рефрижераторов. Приведении» исследования псхз соля от сделать следующие основный

1. lía основа результатов закалочных вксперктктов сдзла» вызол о тон, что дародшамл, на которых происходит развитие, ntpa-ужв аита^еррсмап?ог22« - -^ерромагнотиз'й"1 "рода в сплавах Fe-Rh, йзляогся серна гик Одинаковая тсргпобрлоотка оорээцсз пр«-

« практически одинаковым параметрам лерегада п нчх.

2. Раздельное поле пер-жс^ сплаве' FeRh," опрэдел^е-«ое как г.олэ, "кеобходтаоэ для индуцирования атего перехода во ¿сом объедо сплава в адиабатическая условиях, практически линей-«о увеличивается с уианьвмжчем тэипгратуры и существенно превышает критическое поле, определяв»» как поле, необходимое для ., знзуадфояаняся перехода в. геотермических условиях. Влияние терио-эгиитного кякляроиания в адкабатичгекпх уолоскяя на параметры ирезода в сплава FeRh проявляется в палях ьыяе предельно. ■

3. Редашуи роль прл переходе ЛФИ-ФМ в сплаве FeRh играет из-

менение электронной части энтропии. В настоящей работе этот вывод сделан на основе прямого определения изменения энтропии одного и того же сплава FeRh по данньм измерений теплоемкости и магнито-калорического эффекта.

4. Высокие ¡значения отопительного и холодильного коэффициентов реальных магнитных теплонасосных и холодильных циклов и хла-доемкости выдвигает сплавы системы Fe-Rh в ряд наиболее перспективных хладоагентов магнитных тепловых насосов и рефрижераторов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Мяликгулыев Г., Аннаоразов М. П., Тврин А. Л.. Асатрян К. А. Технология изготовления рабочих элементов термомагнитного двигателя на сплавах железо-родий//йзв. АН ТССР. Сер. физ. -техн. ,хим. и геол. наук. -1986, 2. -С. 25-29.

2. Мяликгулыэв Г., Аннаоразов U. П., Тврин А. Л., Асатрян К. А. Температурные зависимости электросопротивления, термоэде, намагниченности и кривые намагничивания сплава железо-ро-дий^4Ьв. АН ТССР. Сер. физ. -тех..хим. и геол. наук. -1988, * 1. -С. 77-81.

3. Мяликгулыев Г., Аннаоразов М. П., Тврин А. Л., Асатрян К, А, О критическом поле перехода АФМ-ФМ в сплаве железо-родий^ В кн.;Тезисы II Всес. семинара "Магнитные фазовые переходы и критические явления". -Махачкала, 1989. -С. 109,

4. Мяликгулшв Г., Аннаоразов М. П., Тюрин А. Л., Асатрян К. А. Изменение энтропии сплава железо-родий при переходе антифер-ромапдатизм-ферромагнетизм^-^ кн. "Влияние фазовьк превращений на структуру, электрические, магнитные и механические свойства металлических и полупроводниковых материалов". -Ашхабад. : MHO ТССР. 1989. -С. 4-7.

0, Nikitin S.A., Myalikgulyev Q.. Tlshiri А.M..Annaorazov M.P., Asatryan К. A. and Tyurin A.L. The nagneiocaloric effect in FeRh coapound/vPhys. Lett. A. -1990. -V. 148. fc 6, 7. -P, 383-366.

0. Аннаоразов M. П., Асатрян К. A., Никитин С. A., Тюрин А. Л. Охлаждение сплава FeRh в результате адиабатического индуцирования в нем перехода АФМ-ФМ магнитным полем//Тезисы XIX Всес. коиф. по физ. кэгн. явлений. -Ташкент, 1991. -Ч. 3. -С. №.

?. Яикютвн С. А.. Аннаорагоз М. П.. Тишин A.M., Тюрин А. Л. Лсэт-

ркн К. А. Использование фазового перехода антиферромагнетизм -ферромагнетизм в сплавах Fe-Rh для магнитного охлаждения// Письма в 1ТФ. -1991. -?. 17. -В. 12. -С. 38-42.

8. Леатрян К. А.. Ияликгулывв Г.ч Аннаоразов М.П. . Тврин A. JI. Теплоемкость сплава железо-родий//Тезисы I Республ. межвузовской конф. "Актуальные проблемы физики твердого тела; ра~

. диофизики и теплофизики".-Ашхабад, 1991. -С, 117-11 я ___„

9. Мяликгульвв Г., «

- Асягря; К. A. Pvwio«iec тело магнитной холодильной машины//А. с. СССР № 1746162. Опубл. БИ № 25, 1992.

10. Мяликгулыев Г., Никитин'С. А., Аннаоразов М. П.. Терян А. Л.. Тишин Л. У., Асатрян К. А. Рабочее тело магнитной холодильной машины//3аявка на изобретение * 4045775/25 от 07.05.91. По заявке получено положительное решение.

11. Annaorazov М.Р., Asatryan К. A., Myalikgulyev Q.. Nikitin S.A.. Tlshin A.M. and Tyurln A. L, The al toyi, of Fe~kh system as a new class of varking material for magnetic ллпдега-Lors//Crуogenics. -1992. -V.32, ft 10. -P.S87-S72.

12. Аннаоразов M. 11., Мяликгулыев Г., ТьринА. Л., Асчтгош К. А., Никитин С. А., Довлетов А. X. Теплонасосныэ и /и^итльнш циклы на основе перехода АФМ-ФМ в сплавах Fe-Rh. 1.1'еплонасоеные циклы-'/Мзв. All Туркменистана. Сер. фиэ. -тех., хим. и геол. наук. -1993. it 2,-С. 35-46,

13. Аннаоразов М. П., Мяликгулыев Г., Тюрин А. Л., Асатрян К. А. ,-Никитин С.А. , „ Довлетов А: X. Тёплонэсосные и холодильник циклы на основе переход?» АФМ-ФМ в (.-плавах Fe-Rh. II. Холодильные ЦИКЛЫ//ЙЗВ. Ail Туркменистана. Сер. ф«з. тех. . хим. и геол. наук.■ 1993. >«■ 3. -С. 109-114.

4. Аннаоразов И.П., Никитин С.А., Тюрин А.Л., Асатрян К.А.. Довлетов А. X. Аномальное изменение энтропии сплава FeRh при переходе АФМ-ФМ'/В кн.: Тезисы П Республ. межвузовской конф. "Лктуальньл проблемы физики твердого тела, радиофизики и теплофизики. -Ашхабад, 1993. -С. 55-58.

5. Аннаоразов МЛ 1., Никитин С. А., Тюрин А. Л., Асатрян К. А., Довлетов А. X. Феноменологическая модель перехода АФМ-ФМ в сплаве FeRh/vB кн.-.Тезисы II Республ.межвузовской конф. "Актуальные проблемы физики твердого тела, радиофизики и теплофизики.-Ашхабад, 1993.-С. 57-58.

16. Терки А. Л., Довлвтов А. X., Асатрян К. А., Аинаоразов И. П. Обработка а ксперкме! п'альных данных по таглоомхости методом сплайн-аппроксимации/"/ В кн. Проблемы компьютеризация вьсшЛ школы Туркменистана в свете новой политики в области образования , провозглашенной президентом Сагшрмураток Туркшнбаш. -Ашгабат, 1094. -С. 63.

17. Аннаоразов к. П., Асатрян К. А., Довлетов А. X., Тюран А. Л. Предельное поле перехода АФН-ФН в сплаве РеЯЬ ■// Тезисы докладов научно-практической конференция молодых ученых Туркменистана "Молодые ученые независимого Туркменистана и научно-технический прогресс".-Ашгабат, 1994.-С. 33.

Считан своим приятнъм долгом вцрааить искреннею благодарность моим научным руководителям члену АНТ профессору Мяликгу-лыеву Г. и профессору Аннаорааоау М. П. за постояннуо поддержку и внимание при выполнении етой работа

"Лвкчр-родзЗ ортилеряе е!гго|ерро15эгкэтте?«~|ерр(к»гнат«ам гачйва, метнет соаатмакда уяеггпп.;; "¡^.с^чмгянлеряга теоротаии ехсяеряиэнтал эсаолзидыркок" дпзн тр.мала II Л Асагряигц , . ш^ивдатльк-двос^ягшасышц-АННОТАЦИЯСЫ

üuccepraasa двмр-родша aonôwepwwé. " кзгкэ? 'Jasa гешш&вч i-их: гсрнуи* ¿алан £!гг5фрр0«атгтга»-|еррсж>гнс)ттам ШН-СШ rc-vEsa яапстли _ оовэт*а>кдя_.у.«шшги* щтштшшащяьгя тердадя-иашхя se пкспернжнтзл псасланжреусага i

' гсч—w«. »«-ääsüsj!, îKnïhf eesanrmi прздцзпиал саснпсы тея-,~Я1. здилли se термозаняивга recprtrcu дуоулда.

"э-ГЛ вртиилергндо» лзраметрлсрл ¿оэнча модело ягад таотерям г.гдал жни Ач'К'1 гечаийка мша «¡¿ьрязга иукхннчшшк берйен технологах усуллары тапыдды

íian-mr кеадакьида А<Ш-ФМ гечгаш адиа&тик акала ашърьяанда FsRh эргпканде агиот улы отрицатель гагнитохалорах рАТ^кт тагял-

Телшш сьгс«ги«ыц вэ »агнитокалорда э^ектиц „-кс.ершгжтал '''"Hsaaspa эсесьяда S3 »сЭ шйдгша ченлч WA-ФЛ re ».-.-л одлаотыца 'vjft эргяяи учли ентропия-текпс-ратура »играм*»-v¡ -r/лди ве «ол эргкхкн 8итрспюясык*а| увтгедесюгоц гечг«л то«лер.;.турада критжсл -«этстэг«!» гатнакм-н хошглвлкк удулысдкгы тапылды Ол уяулья эрпшде элгкгрон йыяшьк сып&&г*щ кш$&кикжтяниц уйтгсиесаие ekswjj» Dy боло Fef*h оргад*ц AííJ-.У г<ечи»инд<» знтропвпнщ «.»ле-чтреи йаяаганпч уйтгсуескнт _!уоасы.оруи_т;'т:2-гхьгуи - гуав - гечйврг - --Бу -*!ГК>Г PeRfi' эрйяганян ¡¡юл бар нусгзсшда ентрспяянш vStraua-r.auM т , •. >4 ъсясгяг.) г "век пе^л-" нг;?г>-

j/í ••»карилдм. _______ ...______ —.......-

oKüiteptseimut косгптяёиёи кзгни* e-i ьнтрепкя-томперзтура дка-гркяасышн всасшда Fe^Rhg, вргинсп ссвую&а. сыгыим бэхзландц-рузды m реал ыагшт йыладьа so сопя,лед йвпадкз

ог-адым «{ооЦ«цаонту-зркга< сан ¿ахэвяру тсгаллдм {¡»шлык екпгы-во dy сза «Захалары Fe-Rh эрганлер

сеетеиаеккч капстг '8wra»u«i а» «таыгн жзшлэрмац гэлгегя у ли болан агчи зяспигераккц яятарьаа гсгвяр. . / .".'

Дисссрт^цня рус дкдиндэ'язьаан. " . '

7*ch>HW' X

"W*huV Xo

X

Рис. 1. Модельная S-T диаграмма сплава FeRh;

ко

ш. !

Рас. 2. Теоретические циклы теплового насоса, основанию на переходе АФМ-ФМ в сплавах Ге-№.

\н Ткн %

, - . ' т'

ОО 'КН '«О

Рве. 3. Теоретические циклы холодильной машины, осмованныэ на перелиев АШ-ФМ в сплавах

. л Г

- ! ¡

í

- I i

" '-! i

M

p ч .—,

5 :Л

M ta

—-

á S .с. Сгг о

!

M :ó

в' N

: / rtj

•• 'O* . С ; ! '-">

О с i

• !TJ - í~ -- -

S. 3 ~

-15 j- .

-1

290 295 - 300 305 310 Т. К Рис, 5. Критические поля перехода АОД-ФЫ для сплава Ре^Ш»^.

60 -

О " 290 295 300 305 3-Ю Рис. 8, Холодильнье циклы, основанные на индуцировании перехода Ш-Й1 магнитным полет».

Подписано в печать 14.07.35 г. йпи». ,

,, - - ««ьлрлуиат »I

1,0 П5Ч.Л. 1,5 IV-v^ гг.-) „„......_

..... - ' 4 " jÇ-Ь

: • . - ..vw-u iiohüj'h, ■ — - - " —......

Спечатано в тмпогряфкк РИПО 'Uix-V п-,„ т ~~ ~~

гете им. п^т. ;ЛХьМ при ¿УР^нсхом гоеуниверси-

..... ^••'-'I-í i .«пги<«г, ул.О.Кули?pu,?7.