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Thermophysical properties and thermal simulation of Bridgman crystal growth process of Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys

Brillo, Jürgen und Behnken, Herfired und Drevevermann, Annette und Plevachuk, Yuriy und Sklyarchuk, Victor und Sturz, Laszlo und Pagounis, Emmanouel (2011) Thermophysical properties and thermal simulation of Bridgman crystal growth process of Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys. International Journal of Heat and Mass Transfer, 54, Seiten 4167-4174. Elsevier. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.05.030.

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Kurzfassung

Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys (MSMA) are well-known smart materials for actuation applications, due to their large magnetic field-induced shape change of up to 10%. The production of larger amounts of single-crystalline material from these alloys with reproducible and homogeneous properties is demanding and calls for optimization of the corresponding crystal growth process. In order to support this optimization, sensitive process parameters are varied in simulations and their effects are studied. Here, we report on thermal field simulations in a Bridgman-Stockbarger furnace. The lab furnace is equipped with liquid metal cooling (LMC) to achieve high and homogeneous thermal gradients at the crystallization front during crystal growth of cylindrical Ni-Mn-Ga-rods. The calibration of the thermal simulation model requires (i) the knowledge/measurement of the relevant thermophysical properties of the Ni-Mn-Ga alloy as functions of of temperature and (ii) thermal data from a reference benchmark experiment in the lab furnace using the same alloy. The calibrated simulation model is used for the simulation of a specific virtual Bridgman-experiment and for the determination of the temperature distributions. Moreover, the influence of the type of liquid metal coolant on the simulation results is investigated.

Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Thermophysical properties and thermal simulation of Bridgman crystal growth process of Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloys
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-Adresse der Autoren
Brillo, JürgenMP-WE
Behnken, HerfiredACCESS eV
Drevevermann, AnnetteACCESS e.V.
Plevachuk, YuriyUni Lviv, Ukraine
Sklyarchuk, VictorUni Lviv, Ukraine
Sturz, LaszloACCESS e.V.
Pagounis, EmmanouelETO MAGNETIC
Datum:2011
Erschienen in:International Journal of Heat and Mass Transfer
Referierte Publikation:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:54
DOI :10.1016/j.ijheatmasstransfer.2011.05.030
Seitenbereich:Seiten 4167-4174
Verlag:Elsevier
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Bridgman-technique, crystal growth, magnetic shape memory alloy, thermophysical property thermal simulation
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HGF - Programm:Weltraum (alt)
HGF - Programmthema:W FR - Forschung unter Weltraumbedingungen (alt)
DLR - Schwerpunkt:Weltraum
DLR - Forschungsgebiet:W FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):W - Vorhaben Materialforschung unter Mikro-g (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Dr.rer.nat. Jürgen Brillo
Hinterlegt am:29 Jun 2011 09:13
Letzte Änderung:26 Feb 2013 15:01

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