Magnetische Energieumwandlung is eine potentiell sehr effiziente Methode mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei unterschiedliche Materialklassen, Monoboride basierend auf Eisen und Mangan, Co2B und Fe2P basierte Materialien hinsichtlich ihrer strukturellen, magnetischen und thermomagnetischen Eigenschaften untersucht im Hinblick auf ihre potentielle Anwendbarkeit in der thermomagnetischen Energieumwandlung.

Hierbei wurden FeB und MnB basierte Verbindungen als potentielle Kandiaten für die Anwendung in einem thermomagnetischen Generator vorgeschlagen und sowohl experimentel als auch theoretisch untersucht. Das System MnB zeigt einen sehr scharfen, Hysterese freien Phasenübergangs mit einer daraus resultierenden hohen isothermen Entropieänderung ΔSt in moderaten, anwendungsrelevanten Magnetfeldern. Ein Phasenübergang zweiter Ordnung sowohl für MnB als auch FeB konnte mittels temperaturabhängiger Neutronenbeugung bestätigt werden. Es konnte gezeigt werden, dass sich der Phasenübergang durch legieren von Fe und Co im System Mn1−xFe/CoxB sehr präzise einstellen lässt. Es zeigte sich, dass sich das System MnB hierbei aufgrund seiner hohen Änderung der Magnetisierung in einem kleinen Temperaturintervall und des hysteresefreien magnetischen Phasenübergangs besonders gut für einen Einsatz in einem thermomagnetischen Energiewandler eignet.

Die magnetischen Eigenschaften von Co2B wurden an Einkristallen untersucht, hierbei wurden die Spin-Umorientierung und die magnetokristalline Anisotropie bestimmt. Anhand von Messungen von ΔSt und ΔTad entlang spezifischer Kristallachsen wurde der negative Einfluss magnetokristalliner Anisotropie auf den magnetokalorischen Effekt untersucht und ein phänomenologisches Modell aufgestellt. Zusätzlich wurden die magnetischen und strukturellen Eigenschaften von Co2−xMnxB untersucht und es konnte gezeigt werden, dass die Curie Temperatur TC und die Sättigungsmagnetisierung Ms mit kleinen Konzentrationen von Mn erst ansteigt und dann anschließend ab x=0.4 wieder abfällt. Durch das Einstellen der Mn Konzentration lässt sich T C hierbei zu Raumtemperatur einstellen. Das verstärkt nicht magnetische Verhalten bei erhöhter Mn Konzentration und das daraus resultierende niedrige Ms sowie die Kritikalität von Co und der damit verbundene hohe Preis machen das System jedoch nicht praktikabel für die thermomagnetische Energieumwandlung.

Die mikrostrukturellen und magnetischen Eigenschaften von Mn-Fe-P-Si Fe2P basierten magnetokalorischen Materialien wurden analysiert. Mittels EBSD Messungen konnte der Ursprung der kubischen Heusler ähnlichen Zweitphase auf eine kubische Fe2P Hochtemperaturphase zurückgeführt werden. Es konnte gezeigt werden, dass das Auftreten der Zweitphase einen sehr großen Einfluss auf die magnetokalorischen Eigenschaften der Hauptphase hat, da dadurch die Zusammensetzung dieser signifikant verändert wird. Anhand von einphasigen Proben wurde die Wichtigkeit des Metall zu Nichtmetall Verhältnisses M/NM für einen scharfen Phasenübergang erklärt. Eine erste direkte Beobachtun des “virgin Effects” der sich im Zerbersten der Probe äußert, konnte mittels temperaturabhängiger Lichtmikroskopie gemacht werden. Der Ursprung wurde auf interne Spannungen beim ersten Abkühlen zurückgeführt und konnten auch mittels Messungen an kleinen Partikeln bestätigt werden. Hierbei wurde in Partikeln im Größenbereich der Korngröße das Auftreten dieses Effektes nicht beobachtet. Es konnte gezeigt werden das hydrostatischer Druck nur wenig Einfluss auf den Phasenübergang aufgrund der anisotropen Änderung der Gitterparameter und der daraus resultierenden kleinen Volumenänderung hat. Des Weiteren wurde mittels Messungen von Δ T ad in verschiedenen magnetischen Feldraten gezeigt, dass sich eine Feldhysterese in Abhängigkeit der Feldrate ausbildet und der Phasenübergang erster Ordnung in Fe2P Materialien feldratenabhängig ist, anders als in der Literatur angenommen wird. Fe2P basierte Materialien zeigen vergleichbare thermomagnetische Eigenschaften wie La-Fe-Si-basierte Materialien und eignen sich hierbei besonders für industrielle Anwendungen.

Zusammenfassend, wurde MnB als eine neues Material zur Verwendung in einem thermomagnetischen Energiewandler vorgeschlagen. Ein Weg zur Verbesserung der Effizienz thermomagnetischer Materialien wurde aufgezeigt, in dem Materialien entlang ihrer leichten magnetischen Achse parallel zum angelegten Magnetfeld magnetisiert werden. Desweiteren wurden Wege aufgeigt wie Fe2P basierte Legierungen mit exzellenten thermomagnetischen Eigenschaften erreicht werden können.