Síntese de compostos intermetálicos à base de La(Fe,Si)13 para aplicações em refrigeração magnética

Abstract

É proposta uma nova rota para a obtenção do composto intermetálico La(Fe,Si)13, tendo em vista a sua aplicação em sistemas de refrigeração magnética. Utilizando princípios da metalurgia do pó, a proposta é reduzir o óxido de lantânio (La2O3) utilizando o cálcio (Ca) como elemento redutor, seguido de uma difusão in situ no estado sólido do lantânio (La) no ferro (Fe) e no silício (Si), processo esse conhecido como redução-difusão (R/D) calciotérmica. Em amostras com a composição LaFe11,5Si1,5 foi possível atingir aproximadamente 80 % da fase desejada. Observou-se também que após o processo de lavagem, para remoção de fases indesejadas como CaO, as amostras apresentam temperatura de transição magnética ao redor da temperatura ambiente. Este fenômeno é justificado pela presença de H intersticial, proveniente do processo de lavagem, fato ainda não relatado na literatura. Além disso, estudou-se a estabilidade térmica dos átomos de H no sistema La-Fe-Si e possíveis maneiras de aumentar esta estabilidade. Amostras fundidas com pequenas quantidades de carbono (LaFe11,6Si1,4Cx, onde x = 0 - 0,4) e posterior inserção de hidrogênio se mostraram mais estáveis, comparadas àquelas sem a presença de carbono. O aumento na quantidade de carbono, no entanto, reduz o efeito magnetocalórico, diminuindo assim as possibilidades de aplicações. Sugere-se, por fim, o limite de x = 0,2 para um aumento de aproximadamente 100 K na estabilidade térmica do H, sem grandes prejuízos ao efeito magnetocalórico do composto.<br>

Abstract : A new route to obtain the intermetallic compound La(Fe,Si)13 is proposed, aiming at the application of this compound in magnetic cooling systems. Making use of powder metallurgy principles, the idea is to reduce the lanthanum oxide La2O3 using metallic calcium (Ca) as reducing agent, followed by an in situ solid state diffusion of lanthanum (La) in iron (Fe) and silicon (Si), a process known as calciothermic reduction-diffusion (R/D). In samples with composition of LaFe11:5Si1:5 about 80 % of the desired phase was achieved. It was observed also that after the washing process to remove the undesired phases such as CaO, the samples exhibited a magnetic phase transition temperature around room-temperature. This phenomenon was explained by the presence of interstitial H atoms originated during the washing process; an effect not yet reported in the literature. Additionally the thermal stability of the interstitial H in the La-Fe-Si system was studied, as well as a way to increase this stability. Samples obtained by melting with small amounts of carbon (LaFe11:4Si1:6Cx, where x = 0 { 0.4) and posterior hydrogenation shown to be more stable than the samples without carbon. The carbon amount, however, decreases the magnetocaloric effect, reducing the possibilities of applications. It is suggested, at the end, the limit of x = 0.2 for a 100 K increase in the thermal stability of the hydrides, without remarkable harm to the magnetocaloric effect of the compound.