一種層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，涉及一種層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的存儲模式不斷遇到各類新技術(shù)和新材料的沖擊。存儲器件的小型化、多功能化是其設(shè)計(jì)和開發(fā)的大勢所趨。因此，對同時(shí)具有磁極化和電極化、并可實(shí)現(xiàn)磁電相互調(diào)控的多鐵性材料的研宄成為信息存儲技術(shù)日趨提升的需要，該類材料將為下一代多功能電子學(xué)信息記錄器件的設(shè)計(jì)提供一個(gè)額外的自由度，大大拓寬鐵性材料的應(yīng)用范圍，因而具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。因此，包括鐵電介電材料和磁性材料在內(nèi)的元器件的微型化和小型化是必然趨勢，而集鐵電性與鐵磁性于一體的磁電復(fù)合材料擁有相同的體積卻可以在電路上擁有更多的功能。
[0003]磁電復(fù)合材料分為0-3型磁電復(fù)合材料和2-2型磁電復(fù)合材料。0-3型磁電復(fù)合材料是將不連續(xù)的鐵電相(鐵磁相)顆粒分散于三維連通的鐵磁相(鐵電相)中，按一定的比例混合，在一定溫度下固相燒結(jié)，從而得到的顆粒磁電復(fù)合材料。此種結(jié)構(gòu)簡單，是研宄最早、應(yīng)用最廣的的一種類型。但由于壓電相(鐵磁相)在鐵磁(壓電)基體中存在分散不均的問題，因而此種結(jié)構(gòu)類型的材料磁電電壓系數(shù)較低。2-2型磁電復(fù)合材料是將鐵電相粉體和鐵磁相粉體按照皇層疊加的方式使其共燒在一起的磁電復(fù)合材料。此種結(jié)構(gòu)可較大范圍調(diào)整壓磁相的含量，所以磁電電壓系數(shù)得到大幅度提高。由于電阻率很高的鐵電相層可以完全阻斷磁性相層的連通，使得材料整體的漏電流較小，有利于材料磁電性能的提高。
[0004]荷蘭Philips實(shí)驗(yàn)室首先把鐵磁相的CoFe2O4與鐵電相的BaT1 3粉末按一定的比例混合，然后升溫使之共熔原位復(fù)合，最后按一定的速率降溫至室溫便得到以磁電復(fù)合體為主要成分的固溶體。這種方法溫度太高，易產(chǎn)生一些不可預(yù)料的相，降低復(fù)合材料的性會(huì)K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法，該方法能夠制備出鐵電、介電、磁電性能優(yōu)異的磁電復(fù)合材料。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種層狀磁電復(fù)合材料，該復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFe03，其中 x 為 BiY2Fe5O1J^質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且 11.1 % 彡 x 彡 33.3%。
[0008]該復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03_0.65BiFe03，其中 x 為BiY2Fe5O12的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且 22.2%^ x ^ 33.3%0
[0009]該復(fù)合材料的化學(xué)表達(dá)式為XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03_0.65BiFe03，其中 x 為BiY2Fe5O12的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且X = 22.2%。
[0010]一種層狀磁電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)按化學(xué)通式 0.35BaTi0s-0.65BiFe03將分析純的 BaCO 3、Ti02、Bi203、Fe2O3配制后通過球磨混合均勻，然后過篩，壓塊，經(jīng)880?920°C預(yù)燒4?6小時(shí)得到塊狀產(chǎn)品，然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過120目篩得到0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉體；
[0012](2)按化學(xué)通式BiY2Fe5O12將分析純的Bi 203、Y203、Fe203配制后通過球磨混合均勻，然后過篩，壓塊，經(jīng)1000?1020°C預(yù)燒4?6小時(shí)，得到塊狀產(chǎn)品，然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過120目篩得到BiY2Fe5O12粉體；
[0013](3)向0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉體中加入PVA粘合劑后造粒，再經(jīng)60目篩網(wǎng)過篩，得到粒徑均勻的0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末；向BiY 2Fe5012粉體中加入PVA粘合劑后造粒，再經(jīng)60目篩網(wǎng)過篩，得到粒徑均勻的BiY2Fe5O12粉末；
[0014](4)按照化學(xué)通式 XBiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3,其中 x 為 BiY2Fe5O12的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，且 11.1%^ X ^ 33.3%，將 0.35BaTi0s-0.65BiFe03和 BiY 丨65012粉體按照2-2復(fù)合的皇層疊加排列方式在模具中壓制成型；
[0015](5)排除PVA粘合劑后再于1000?1050°C下燒結(jié)2?4小時(shí)成瓷，得到層狀磁電復(fù)合材料。
[0016]所述步驟(I)、步驟(2)中球磨的時(shí)間均為4-6小時(shí)。
[0017]所述步驟(3)中向0.35BaTi0s-0.65BiFe0$v體中加入PVA粘合劑的質(zhì)量為0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉體質(zhì)量的8%?15% ;向BiY 2Fe5012粉體中加入PVA粘合劑的質(zhì)量為BiY2Fe5O12粉體質(zhì)量利的8%?15%。
[0018]所述步驟(3)中PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的聚乙烯醇水溶液。
[0019]所述步驟(4)中2-2復(fù)合的皇層疊加排列方式具體為:按照從上向下依次為 0.35BaTi0s-0.65BiFe03? 末、BiY 和5012粉末、0.35BaTi0 3_0.65BiFe03? 末的順序皇疊在一起；或按照從上向下依次為0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末、BiY 2Fe5012粉末、0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末、BiY2Fe5O12粉末、0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉所述排除 PVA粘合劑具體是:在溫度為550-600°C下保溫3-5小時(shí)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:
[0021]本發(fā)明通過以BaC03、T12, Bi203、Fe2O3為原料制備 0.35BaTi0 3_0.65BiFe03粉末，以Bi203、Y203、Fe203為原料制得BiY 2Fe5012粉末，采用2_2復(fù)合的皇層疊加排列方式，將鐵電鐵磁相以層狀復(fù)合的方式共燒在一起，能夠有效地抑制兩相之間的相互反應(yīng)，從而保持各自的特性，使最終制備的層狀磁電復(fù)合材料既具有較好的鐵電性又具有較好的鐵磁性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中由于采用直接混合的方法，在較高溫度下產(chǎn)生不可預(yù)料的相，從而降低復(fù)合材料性能的問題。
[0022]本發(fā)明制得的磁電復(fù)合材料具有優(yōu)異的鐵電、介電以及磁電性能。當(dāng)頻率為20赫茲時(shí)，復(fù)合材料介電常數(shù)為560?900，介電損耗為0.16?0.21。復(fù)合材料的各組分的飽和極化強(qiáng)度PsS 30.2?40.2 μ C/cm2，矯頑場EeS 20.2?20.8kV/cm,其飽和磁化強(qiáng)度M s為 2.2 ?4.5emu/g，矯頑場 Hc為 67.5 ?100.50e。
[0023]另外，本發(fā)明采用的原料中由于不存在鉛，所以制備方法不會(huì)造成污染，將0.35BaTi0s-0.65BiFe03粉末和BiY和5012粉末按照2-2復(fù)合的皇層疊加排列方式燒結(jié)在一起，層與層之間不需要粘合劑，因而應(yīng)力應(yīng)變的傳遞可以高效直接的完成。本發(fā)明制得的材料致密性良好，無明顯大氣孔存在，兩相晶粒尺寸均勻，均在亞微米數(shù)量級，無明顯的界面原子擴(kuò)散現(xiàn)象，界面耦合較好，所以本發(fā)明能夠保證磁電復(fù)合材料直接高效的磁-電-力轉(zhuǎn)換效率，從而提高了復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換性能。
【附圖說明】
[0024]圖1 為 X BiY2Fe5O12/(1-x)0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 11.1%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050 °C燒結(jié)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖2 為 X BiY2Fe5O12/(1-x)0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 22.2%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050 °C燒結(jié)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3 為 X BiY2Fe5O12/(1-x)0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 33.3%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050 °C燒結(jié)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖4為室溫下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03-0.65BiFe03組分中當(dāng) X= 11.1%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050°C燒結(jié)后界面的SEM圖。
[0028]圖5 為室溫下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 22.2%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050°C燒結(jié)后界面的SEM圖。
[0029]圖6 為室溫下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 33.3%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050°C燒結(jié)后界面的SEM圖。
[0030]圖7 為室溫下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaTi03-0.65BiFe03組分中當(dāng) X= 11.1%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050 °C燒結(jié)后的介電頻譜。
[0031 ]圖 8 為室溫下 X BiY2Fe5O12/ (l_x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 22.2%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050 °C燒結(jié)后的介電頻譜。
[0032]圖9 為室溫下 X BiY2Fe5O12/(1-x) 0.35BaT13-0.65BiFeO3組分中當(dāng) x = 33.3%時(shí)，復(fù)合陶瓷在1050 °C燒結(jié)后的介電頻譜。
[0033]圖10 為在 1050°C燒結(jié)的陶瓷 X BiY2Fe5O12/(1-χ)0.35BaTi03_0.65BiFe03組分中X = 11.1%時(shí)的電滯回線。
[0034]圖11 為在 1050°C燒結(jié)的陶瓷 X BiY2Fe5O12/(1-χ)0.35BaTi03_0.65BiFe03組分中X = 22.2%時(shí)的電滯回線。
[0035]圖12 為在 1050°C燒結(jié)的陶瓷 x BiY2Fe5O12/(1-χ)0.35BaTi03_0.65BiFe03組分中X = 33.3%時(shí)的電滯回線。
[0036]圖13 為在