專利名稱：：制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將壓電層和磁致伸縮層直接耦合的磁電復(fù)合材料的制備方法，屬于具有巨磁電效應(yīng)的磁電復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：隨著科技的高速發(fā)展與各學(xué)科間的交叉滲透，一種單一性能的材料很難滿足各種高要求的綜合指標(biāo)，功能復(fù)合材料的研究成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究開發(fā)熱點。磁電材料尤其是磁電復(fù)合材料在傳感器、磁場探測、磁電能量轉(zhuǎn)換、智能濾波器、磁記錄等領(lǐng)域中有著十分誘人的潛在應(yīng)用，已成為一種非常重要的功能材料，引起了材料科學(xué)與工程技術(shù)工作者的高度重視。近年來發(fā)展起來的層狀磁電材料消除了組分間的化學(xué)相互作用，解決了滲流和傳導(dǎo)的問題，并且將傳統(tǒng)制備磁電材料的磁電電壓系數(shù)從幾十mV/cm，0e提高到幾百V/cm0e，實現(xiàn)了磁電材料的一次飛躍。層狀磁電材料首先是由壓電材料和磁致伸縮材料粘結(jié)得到的，之后又涌現(xiàn)出了各種制備方法，如熱壓法、電鍍法等，與熱壓法相比，在專利號為200610169548.4的《一種制備巨磁電復(fù)合材料的電鍍方法》中，闡述了一種可以避免粘結(jié)工藝所產(chǎn)生的彈性損失和熱壓固化工藝所帶來的磁致伸縮材料和壓電材料的界面混雜的制備方法。但是由于電鍍法必須在導(dǎo)體中實施，要求在不導(dǎo)電的壓電材料PZT上燒結(jié)電極，之后才能在電極層上電鍍磁致伸縮材料，從而形成壓電層_電極層-磁致伸縮層的三層結(jié)構(gòu)，而不具有磁致伸縮性能的電極層勢必減小磁致伸縮層和壓電層的磁電耦合效應(yīng)，降低磁電復(fù)合材料的磁電系數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種將壓電層和磁致伸縮層直接耦合的制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法。—種制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷切片，切成所需尺寸，并進行化學(xué)鍍前處理?；瘜W(xué)鍍前處理是首先將樣品放入0.4-0.65M的氫氟酸溶液中粗化2-6分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入0.08-0.15M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化5_30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.001-0.005M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化5_30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.2-0.4M的亞磷酸鈉溶液中還原15-60秒。(2)、將前處理好的壓電陶瓷片放入配置好的化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍，直到化學(xué)鍍層達到所需厚度；其中化學(xué)鍍液配方和工藝參數(shù)如下鎳鹽為10-30g/L，聯(lián)氨為20-50ml/L，酒石酸鉀鈉為20-40g/L，pH為9-12.5，T為75_95°C;(3)、將樣品取出，再置入150-17(TC的硅油中，在電場為30-50kV/cm的條件下極化10-30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。另一種制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷切片，切成所需尺寸，并進行化學(xué)鍍前處理?；瘜W(xué)3鍍前處理是首先將樣品放入0.4-0.65M的氫氟酸溶液中粗化2-6分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入0.08-0.15M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化5_30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.001-0.005M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化5_30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.2-0.4M的亞磷酸鈉溶液中還原15-60秒。(2)、將前處理好的壓電陶瓷片放入配置好的化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍，直到化學(xué)鍍層達到所需厚度；其中化學(xué)鍍液配方和工藝參數(shù)鈷鹽為10-20g/L，鐵鹽為10-20g/L，硼氫化鈉為0.5-2g/L或次亞磷酸鈉10-30g/L，酒石酸鉀鈉為100-150g/L，pH為9-12.5，T為75-95°C;(3)、將樣品取出，再置入150-17(TC的硅油中，在電場為30-50kV/cm的條件下極化10-30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。本發(fā)明采用化學(xué)鍍方法制備磁電復(fù)合材料，使壓電層與磁致伸縮層直接緊密結(jié)合，消除了粘結(jié)工藝中產(chǎn)生的粘結(jié)層和電鍍工藝中需要的電極層所帶來的彈性損失，以及熱壓固化工藝造成的界面混雜所產(chǎn)生的不良影響，因而可以增強鐵電相和鐵磁相之間的彈性結(jié)合力，使磁電復(fù)合材料的耦合性能大幅度提高，同時化學(xué)鍍可以在各種幾何外形的工件上進行，還具有鍍層均勻、致密，深鍍能力強，低損耗，無需電解設(shè)備及附件等優(yōu)點，工藝簡單、操作方便，很容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。圖1:lkHZ下，實施例1所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與偏置磁場的關(guān)系。圖2:HDC=2000e下，實施例1所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與頻率的關(guān)系。圖3:lkHZ下，實施例2所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與偏置磁場的關(guān)系。圖4:HDC=2000e下，實施例2所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與頻率的關(guān)系。圖5:lkHZ下，實施例3所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與偏置磁場的關(guān)系。圖6:HDC=1600e下，實施例3所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與頻率的關(guān)系。圖7:lkHZ下，實施例4所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與偏置磁場的關(guān)系。圖8:HDC=1600e下，實施例4所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與頻率的關(guān)系。圖9:lkHZ下，實施例5所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與偏置磁場的關(guān)系。圖10:HDC=1600e下，實施例5所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與頻率的關(guān)系。圖11:lkHZ下，實施例6所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與偏置磁場的關(guān)系。圖12:HDC=1600e下，實施例6所制備的磁電復(fù)合材料的磁電電壓系數(shù)aE,31與頻率的關(guān)系。具體實施例方式下面通過實例進一步描述本發(fā)明。實施例1將PZT切成尺寸為18X5X0.4mm3的片狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘；首先將樣品放入0.4M的氫氟酸溶液中粗化2分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入0.08M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化5分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.001M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化5分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.2M的亞磷酸鈉溶液中還原15秒，蒸餾水沖洗后可進行化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到9，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至75t:，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍。化學(xué)鍍液配方及工藝條件如下表?；瘜W(xué)鍍時間為8小時，將樣品取出后吹干，在鍍層上下表面連接導(dǎo)線后，將樣品置入15(TC的硅油中，在電場為30kV/cm的條件下極化10分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。該材料經(jīng)磁電測試系統(tǒng)測試表明，aE,31達到1.5V/cm0e。實施例1的化學(xué)鍍液配方及化學(xué)鍍工藝條件<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2將PZT切成尺寸為18X6X0.5mm3的片狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘；首先將樣品放入0.65M的氫氟酸溶液中粗化6分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入O.15M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.005M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.4M的亞磷酸鈉溶液中還原60秒，蒸餾水沖洗后可進行化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到12.5，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至95t:，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍液配方及工藝條件如下表?；瘜W(xué)鍍時間為12小時，將樣品取出后吹干，在鍍層上下表面連接導(dǎo)線后，將樣品置入17(TC的硅油中，在電場為50kV/cm的條件下極化30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。該材料經(jīng)磁電測試系統(tǒng)測試表明，aE,31達到2.3V/cm0e。實施例2的化學(xué)鍍液配方及化學(xué)鍍工藝條件硫酸鎳(g/L)30聯(lián)氨(ml/L)50酒石酸鉀鈉(g/U40pH12.5T(°C)95化學(xué)鍍鎳溶液中的主鹽就是鎳鹽，如硫酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳、氨基磺酸鎳及次磷酸鎳等，由它們提供化學(xué)鍍反應(yīng)過程中所需要的Ni2+。以上實例中，只列舉硫酸鎳作為主鹽的情況。實施例3將PZT切成尺寸為18X5X0.4mm3的片狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘；首先將樣品放入0.4M的氫氟酸溶液中粗化2分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入0.08M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化5分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.001M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化5分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.2M的亞磷酸鈉溶液中還原15秒，蒸餾水沖洗后可進行化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到9，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至75t:，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍液配方及工藝條件如下表?；瘜W(xué)鍍時間為8小時，將樣品取出后吹干，在鍍層上下表面連接導(dǎo)線后，將樣品置入15(TC的硅油中，在電場為30kV/cm的條件下極化10分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。該材料經(jīng)磁電測試系統(tǒng)測試表明，aE,31達到3.2V/cmOe。實施例3的化學(xué)鍍液配方及化學(xué)鍍工藝條件硫酸鈷(g/L)10硫酸亞鐵(g/L)10硼氫化鈉(g/U0.5酒石酸鉀鈉(g/U100pH9T(。C)756實施例4將PZT切成尺寸為18X6X0.5mm3的片狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘；首先將樣品放入0.65M的氫氟酸溶液中粗化6分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入O.15M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.005M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.4M的亞磷酸鈉溶液中還原60秒，蒸餾水沖洗后可進行化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到12.5，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至95t:，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍液配方及工藝條件如下表?；瘜W(xué)鍍時間為12小時，將樣品取出后吹干，在鍍層上下表面連接導(dǎo)線后，將樣品置入17(TC的硅油中，在電場為50kV/cm的條件下極化30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。該材料經(jīng)磁電測試系統(tǒng)測試表明，aE,31達到1.8V/cmOe。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例5將PZT切成尺寸為18X5X0.4mm3的片狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘；首先將樣品放入0.4M的氫氟酸溶液中粗化2分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入0.08M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化5分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.001M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化5分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.2M的亞磷酸鈉溶液中還原15秒，蒸餾水沖洗后可進行化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到9，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至75t:，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍。化學(xué)鍍液配方及工藝條件如下表?；瘜W(xué)鍍時間為8小時，將樣品取出后吹干，在鍍層上下表面連接導(dǎo)線后，將樣品置入150°C的硅油中，在電場為30kV/cm的條件下極化10分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。該材料經(jīng)磁電測試系統(tǒng)測試表明，aE,31達到1.9V/cmOe。實施例3的化學(xué)鍍液配方及化學(xué)鍍工藝條件<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例6將PZT切成尺寸為18X6X0.5mm3的片狀樣品，在酒精和丙酮混合溶液中超聲清洗10分鐘；首先將樣品放入0.65M的氫氟酸溶液中粗化6分鐘，取出后用蒸餾水沖洗；將樣品放入O.15M的氯化亞錫溶液中，在室溫下敏化30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；將樣品放入0.005M的氯化鈀溶液中，在室溫下活化30分鐘，取出后蒸餾水沖洗；最后將樣品置入0.4M的亞磷酸鈉溶液中還原60秒，蒸餾水沖洗后可進行化學(xué)鍍。首先，稱量好化學(xué)鍍液配方所需試劑量的藥品，分別溶解后混合，用NaOH溶液調(diào)整pH值到12.5，再用蒸餾水稀釋至規(guī)定體積；然后，用水浴鍋加熱至95t:，并將樣品放入化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍液配方及工藝條件如下表?；瘜W(xué)鍍時間為12小時，將樣品取出后吹干，在鍍層上下表面連接導(dǎo)線后，將樣品置入17(TC的硅油中，在電場為50kV/cm的條件下極化30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。該材料經(jīng)磁電測試系統(tǒng)測試表明，aE,31達到4.2V/cmOe。實施例4的化學(xué)鍍液配方及化學(xué)鍍工藝條件硫酸鈷(g/L)20硫酸亞鐵(g/L)20次亞磷酸鈉(g/L)30酒石酸鉀鈉(g/U150pH12.5T(。C)95化學(xué)鍍鈷鐵系合金溶液中的鈷鹽主要有硫酸鈷、氯化鈷等，鐵鹽有硫酸亞鐵、氯化亞鐵等，由它們提供化學(xué)鍍反應(yīng)過程中所需要的Co2+，F(xiàn)e2+。以上實例中，只列舉硫酸鈷和硫酸亞鐵分別作為鈷鹽和鐵鹽的情況。8權(quán)利要求一種制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷切片，切成所需尺寸，并進行包括化學(xué)粗化、敏化、活化和還原處理在內(nèi)的化學(xué)鍍前處理；(2)、將前處理好的壓電陶瓷片放入配置好的化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍，直到化學(xué)鍍層達到所需厚度；其中化學(xué)鍍液配方和工藝參數(shù)如下鎳鹽為10-30g/L，聯(lián)氨為20-50ml/L，酒石酸鉀鈉為20-40g/L，pH為9-12.5，T為75-95℃；(3)、將樣品取出，再置入150-170℃的硅油中，在電場為30-50kV/cm的條件下極化10-30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。2.—種制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法，其特征在于包括以下步驟(1)、將具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷切片，切成所需尺寸，并進行包括化學(xué)粗化、敏化、活化和還原處理在內(nèi)的化學(xué)鍍前處理；(2)、將前處理好的壓電陶瓷片放入配置好的化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍，直到化學(xué)鍍層達到所需厚度；其中化學(xué)鍍液配方和工藝參數(shù)鈷鹽為10-20g/L，鐵鹽為10-20g/L，硼氫化鈉為0.5-2g/L或次亞磷酸鈉10-30g/L，酒石酸鉀鈉為100-150g/L，pH為9-12.5，T為75-95°C;(3)、將樣品取出，再置入150-17(TC的硅油中，在電場為30-50kV/cm的條件下極化10-30分鐘，然后隨油冷卻至室溫，即得到磁電復(fù)合材料。全文摘要一種制備磁電復(fù)合材料的化學(xué)鍍方法，屬于磁電復(fù)合材料
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法將具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷切片，切成所需尺寸，并進行打磨、除油、化學(xué)粗化、敏化、活化和還原等化學(xué)鍍前處理；然后將前處理好的壓電陶瓷片放入配置好的化學(xué)鍍液中進行化學(xué)鍍，化學(xué)鍍至所需厚度后，取出極化，得到磁電復(fù)合材料。化學(xué)鍍方法與現(xiàn)有的磁電復(fù)合材料制備方法相比，不僅消除了粘結(jié)工藝中產(chǎn)生的粘結(jié)層和電鍍工藝中需要的電極層所帶來的彈性損失，以及熱壓固化工藝造成的界面混雜所產(chǎn)生的不良影響，可以增強鐵電相和鐵磁相之間的彈性結(jié)合力，提高復(fù)合材料的磁電耦合性能，而且可以簡化生產(chǎn)工藝。文檔編號C23C18/34GK101709458SQ20091023439公開日2010年5月19日申請日期2009年11月24日優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日發(fā)明者畢科,王寅崗申請人:南京航空航天大學(xué)