專利名稱：一種梯度多鐵材料及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有良好的鐵電性、鐵磁性及較強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)的梯度多鐵材料及其制法。
背景技術(shù)：
在電子器件輕量化，微型化的現(xiàn)代工程技術(shù)領(lǐng)域，越來越迫切需要同時(shí)具備多種功能的材料。梯度多鐵材料既具備鐵電鐵磁等特性，又具備磁電耦合效應(yīng)，大大拓展了梯度材料的應(yīng)用范圍。磁電效應(yīng)是指施加磁場(chǎng)引起的電極化，或施加電場(chǎng)引起的磁極化效應(yīng)，該效應(yīng)為信息存儲(chǔ)微型器件提供了技術(shù)支撐。以往的多鐵性材料在生產(chǎn)中一般將鐵電相和鐵磁相粘合在一起，受到復(fù)雜濕熱環(huán)境的影響，容易脫落、疲勞、分層、老化，不宜長(zhǎng)久使用，可靠性和安全性都受到極大限制，在高溫環(huán)境中還容易分解帶來很大的污染。相對(duì)傳統(tǒng)的梯度材料加熱方式來說，使用微波燒結(jié)方法可以更快更好的制備梯度材料，并節(jié)省能源。在微波燒結(jié)中，更好的促進(jìn)微波的吸收，獲得更好的能量轉(zhuǎn)移效果，并減小梯度多鐵材料樣品燒結(jié)中的溫度梯度、熱失控等問題。實(shí)際應(yīng)用的微波，可以是頻率為1023MHz和2390MHz的電磁波。其特點(diǎn)為，不需由表及里的熱傳導(dǎo)，通過波在材料內(nèi)部能量耗散來直接加熱，升溫速率快，加熱速率高，易于控制，清潔制備，所制出的梯度多鐵材料，具有較強(qiáng)的抗熱沖擊性，較好的機(jī)械強(qiáng)度，易于加工，從而突破了高溫加熱領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種梯度多鐵材料及其制法，梯度多鐵材料在提高梯度材料磁電效應(yīng)的作用十分明顯，對(duì)于在高溫下燒結(jié)的梯度材料，如加鈮鈦酸鍶和鎳錳鎵合金等有重要意義。這種制法的特點(diǎn)，利用波動(dòng)材料內(nèi)部的能量耗散，可以提高加熱的質(zhì)量和效果。其優(yōu)點(diǎn)在于1.可以提高微波的利用率，在相同的功耗下，加快升溫速度，提高溫度極限；2.降低梯度多鐵材料中的溫度梯度，大大減小了材料樣品燒結(jié)開裂的機(jī)率；3.改善了高溫加熱制備方法的效果，優(yōu)化了多鐵性材料的質(zhì)量。微波在遇到梯度多鐵材料時(shí)，在不同的磁電特性材料組成的界面上發(fā)生折射，兩層之間的差別越小則折射越小。梯度材料加鈮鈦酸鍶/鎳錳鎵合金/BaTiO3在工藝允許的范圍內(nèi)，本發(fā)明所涉及的體分比配置對(duì)于微波性能的調(diào)控效果很好。在梯度多鐵材料微波燒結(jié)過程中，材料所吸收的微波全部轉(zhuǎn)化為耗散能量。對(duì)于加鈮鈦酸鍶、鎳錳鎵合金、鈦酸鋇鐵電鐵磁材料，其主要特點(diǎn)是低溫下吸波能力較小，只有溫度上升到520°C以后開始加速吸收微波。燒結(jié)這類材料，從三個(gè)方面考慮 1.在低溫下加入鈦酸鋇輔助鎳錳鎵合金加熱使其溫度升高；2.在高溫時(shí)控制梯度多鐵材料的體分比，降低材料的溫度梯度；3.考慮微波加熱過程中的梯度材料微界面，分別是加鈮鈦酸鍶-鎳錳鎵合金，鎳錳鎵合金-鈦酸鋇，鈦酸鋇和加鈮鈦酸鍶。由于梯度多鐵材料的非均質(zhì)性，減少了微波在材料表面及內(nèi)部的反射，提高了吸波加熱效率，有效地實(shí)現(xiàn)了提高燒結(jié)溫度?！N梯度多鐵材料及其制法其特征在于，該梯度多鐵材料由加鈮鈦酸鍶 (Nb-SrTiO3)鐵電材料和梯度分布于其中的鎳錳鎵合金(Ni2MnGa)鐵磁性夾雜顆粒構(gòu)成。其具有以下的技術(shù)流程和制備步驟將Nb-SrTiO3和Ni2Mnfei按照12%及79%的比例混合， 再加入9%的BaTiO3，經(jīng)球磨至105 232目，其中135 201目占55% ；混合均勻后，在 1570kg/cm2壓力下，壓制成胚體，在氬氣保護(hù)氣氛中，微波燒結(jié)1. 5小時(shí)后，加熱至1480°C， 保溫3小時(shí)，冷卻后取出樣品；將Nb-SrTiO3和Ni2Mnfei按照61 %和32 %的比例混合，并添加7% BaTiO3，經(jīng)球磨至121 257目，其中136 231目占55%?；旌暇鶆蚝螅跉鍤獗Ｗo(hù)氣氛中，在1420kg/cm2壓力下，微波燒結(jié)1. 5小時(shí)后，加熱至1610°C，保溫3小時(shí)，冷卻后取出樣品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明的具有磁電耦合效應(yīng)的梯度多鐵材料，高溫穩(wěn)定性強(qiáng)，安全可靠，解決層狀磁電材料容易分層、脫落等問題；使用微波加熱，更加環(huán)保，沒有有害氣體發(fā)生，磁電耦合效應(yīng)更強(qiáng)，實(shí)用性更廣。


圖1為本發(fā)明的一種梯度多鐵材料及其制法的工藝流程框圖；圖2為梯度多鐵材料磁電電壓系數(shù)隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:將Nb-SrTiO3和Ni2Mnfei按照12 %及79 %的比例混合，再加入9 %的BaTiO3,經(jīng)球磨至105 232目，其中135 201目占55% ；混合均勻后，在1570kg/cm2壓力下，壓制成胚體，在氬氣保護(hù)氣氛中，微波燒結(jié)1. 5小時(shí)后，加熱至1480°C，保溫3小時(shí)，冷卻后取出樣品。用諧振腔微擾法測(cè)定材料的磁電效應(yīng)，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鐵電性、鐵磁性及承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)測(cè)試，該梯度多鐵材料承載特性如下高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)為2. 3X10_6/°C，高溫抗彎強(qiáng)度為9. 7MPa，介電常數(shù)為8. 2。實(shí)施例2:將Nb-SrTiO3和Ni2Mnfei按照61 %和32 %的比例混合，并添加7 % BaTiO3,經(jīng)球磨至121 257目，其中136 231目占55%?；旌暇鶆蚝螅跉鍤獗Ｗo(hù)氣氛中，在1420kg/ cm2壓力下，微波燒結(jié)1. 5小時(shí)后，加熱至1610°C，保溫3小時(shí)，冷卻后取出樣品。用諧振腔微擾法測(cè)定材料的磁電效應(yīng)，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鐵電性、鐵磁性及承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)測(cè)試，該梯度多鐵材料承載能力如下高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)為1.9X10_6/°C，高溫抗彎強(qiáng)度為10. 9MPa，介電常數(shù)為7. 5。
權(quán)利要求
1.一種梯度多鐵材料及其制法其特征在于，該梯度多鐵材料加鈮鈦酸鍶(Nb-SrTiO3) 鐵電材料和梯度分布于其中的鎳錳鎵合金(Ni2MnGa)鐵磁性夾雜顆粒構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的一種梯度多鐵材料及其制法，其特征在于具有以下的技術(shù)流程和制備步驟。將Nb-SrTiO3和Ni2Mnfei按照12 %及79 %的比例混合，再加入9 %的 BaTiO3，經(jīng)球磨至105 232目，其中1；35 201目占55%?；旌暇鶆蚝螅?570kg/cm2壓力下，壓制成胚體，在氬氣保護(hù)氣氛中，微波燒結(jié)1. 5小時(shí)后，加熱至1480°C，保溫3小時(shí)，冷卻后取出樣品。
3.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的一種梯度多鐵材料及其制法，其特征在于將Nb-SrTiO3和 Ni2MnGa按照61 %和32 %的比例混合，并添加7 % BaTiO3,經(jīng)球磨至121 257目，其中 136 231目占55%。混合均勻后，在氬氣保護(hù)氣氛中，在1420kg/cm2壓力下，微波燒結(jié)1. 5 小時(shí)后，加熱至1610°C，保溫3小時(shí)，冷卻后取出樣品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有良好的鐵電性、鐵磁性及較強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng)的梯度多鐵材料及其制法。其特征在于該梯度多鐵材料由加鈮鈦酸鍶(Nb-SrTiO3)鐵電材料和梯度分布于其中的鎳錳鎵合金(Ni2MnGa)鐵磁性夾雜顆粒構(gòu)成。本發(fā)明制得的梯度多鐵材料在同類梯度材料中承載能力強(qiáng)，制備工藝簡(jiǎn)單，磁電效應(yīng)好，在存儲(chǔ)器、致動(dòng)器、傳輸器等電磁領(lǐng)域有較大的應(yīng)用價(jià)值，在智能材料與結(jié)構(gòu)、多場(chǎng)耦合材料研究方面有比較重要的作用。
文檔編號(hào)C22C1/05GK102199717SQ20111009489
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者李永, 舒暢 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)