《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Enhanced thermal conductivity in hot-pressed La(Fe,Si)
13H
y-AgCu magnetocaloric composites
编辑推荐：
La0.8Ce0.2Fe11.53Mn0.17Si1.3合金添加0.1 wt.% Ag-Cu合金经1323 K高压热压后，实现热导率8.3 W·m?1·K?1、磁熵变12 J·kg?1·K?1及215 MPa机械性能，验证Ag-Cu复合添加对热传导与磁性能协同优化效果。
作者：蒋成、游彩音、李波、郭雅茹、裴浩、王鹏宇、戴莫汉、刘翠兰
中国包头稀土研究院白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室，包头 014030
摘要
磁制冷器的效率不仅与材料的磁热效应有关，还与热传输性能有关。为了获得良好的导热性，将La0.8Ce0.2Fe11.53Mn0.17Si1.3合金与含有0.1%、0.2%和1.0%重量百分比的Ag-Cu合金在1323 K温度下、51 MPa的压力下热压30分钟。研究了复合材料的相组成、微观结构、磁性能、导热性和机械性能。含有0.1%重量百分比Ag-Cu的La0.8Ce0.2Fe11.53Mn0.17Si1.3Hy表现出良好的导热性（8.3 W?m-1?K-1）、较大的磁熵变（12 J?kg-1?K-1）和优异的机械性能（215 MPa）。
引言
磁制冷是一种替代传统压缩气体制冷的技术，因为它对环境友好且效率高。磁热材料是磁制冷器的关键组成部分。La(Fe, Si)13Hy具有较大的磁热效应、可调的居里温度和低原材料成本，被证明是接近室温下的有前景的磁制冷剂。磁制冷剂与热交换流体之间的热传递对磁制冷器的冷却效率有很大影响。良好的固有导热性有助于将热量从固体制冷剂传递到热交换流体，并减少固体制冷剂内部的导热损失。
通常，La(Fe, Si)13Hy会与粘合剂结合以改善其机械性能。然而，与非金属材料结合的复合材料的导热性（λ）较低，例如环氧树脂粘合的复合材料（1.62 W?m-1?K-1-1?K-1》[1]。为了提高导热性，La(Fe, Si)13合金与高导热性金属结合，如Ag（λ：429 W?m-1?K-1》[2]、Cu（λ：401 W?m-1?K-1》[3,4]、Al（λ：237 W?m-1?K-1》[5]、Sn（λ：67 W?m-1?K-1》[6]、Fe（λ：80 W?m-1?K-1》[7]、In（λ：81.6 W?m-1?K-1》[8]、Bi-Sn-In [9]和Sn-Bi [10]。通过火花等离子烧结在500°C和300 MPa的压力下制备了LaFe11.4Mn0.3Si1.3/4 wt.%Cu复合材料，其导热性为3 W?m-1?K-1》[3]。通过热压技术在200-250°C下合成的LaFe11.6Si1.4Hy/Sn（重量比：4:1）复合材料的导热性为7 W?m-1?K-1》[6]。在热压的La-Fe-Si/13.5%Fe复合材料中，导热性达到了7.5 W?m-1?K-1》[7]。La(Fe, Mn, Si)13Hx/Bi32.5Sn16.5In51复合材料在340 K下热压制备，其中含有160-250 μm和40-60 μm La(Fe, Mn, Si)13颗粒混合物的双模复合材料的导热性（7-7.5 W?m-1?K-1》）高于含有100% 160-250 μm颗粒的单模复合材料（5.5-6 W?m-1?K-1》[9]）。
然而，由于引入了大量非工作介质，La(Fe, Si)13合金的磁热效应大大降低。我们报道了一种在氢化前于1323 K下通过热压制备La(Fe, Si)13Hy板的方法，该方法同时实现了良好的磁熵变和机械强度[11]。但在之前的工作中，我们没有关注这些板材料的导热性。在这项工作中，采用了少量的合金（≤1 wt.%）并在高温下通过热压进一步提高了导热性。选择熔点为780°C的Ag-Cu合金（Ag：72 wt.%，Cu：28 wt.%），原因是（i）良好的导热性，（ii）在热压温度下良好的流变性能，从而提高密度。研究了Ag-Cu对La(Fe, Si)13合金的微观结构、磁热效应、导热性、机械性能和氢化能力的影响。
实验
原始La0.8Ce0.2Fe11.53Mn0.17Si1.3（LCFMS）合金通过真空中频感应熔炼制备，然后在1363 K下退火144小时，最后在水中淬火。为了补偿感应熔炼过程中的蒸发，添加了1.5 wt.%的La和Ce。将原始合金粉碎成粒径小于74 μm的粉末。LCFMS/xAC复合材料中Ag-Cu（AC）粉末的重量比为0%、0.1%、0.2%和1.0%（x=0.1%、0.2%、1.0%）。
结果与讨论
图1显示了Ag-Cu合金和热压LCFMS/xAC（x=0%、0.1%、0.2%、1.0%）样品的XRD图谱。在Ag-Cu合金中检测到Ag0.902Cu0.098相和Cu相。所有热压样品的基体相均为NaZn13型La(Fe, Si)13相（1:13）。在x=0%的样品中，45°附近的明显衍射峰表明存在α-Fe相。对于x=1.0%的样品，45°附近的衍射峰强度增加，表明Cu部分替代了Fe（1:13的比例）。
结论
完全氢化的热压La0.8Ce0.2Fe11.53Mn0.17Si1.3/AgCu板表现出较大的熵变、良好的导热性和机械性能。由于Cu在热压过程中扩散到1:13相中，AgCu的添加对La(Fe, Si)13合金的磁性能有显著影响。随着Ag-Cu含量的增加，最大磁熵变（-ΔSMmax）减小，合金的居里温度TC升高；然而，TC的增加幅度随后减小。
CRediT作者贡献声明
蒋成：撰写——原始草稿。游彩音：撰写——审阅与编辑。李波：实验研究。郭雅茹：实验研究。裴浩：数据整理。王鹏宇：数据可视化。戴莫汉：实验研究。刘翠兰：资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们与本研究没有利益冲突。我们声明与提交的工作无关的任何商业或关联利益均不构成利益冲突。
