[发明专利]高电阻率铁酸铋－钛酸钡固溶体磁电陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁电、亚铁磁材料，具体涉及钙钛矿结构铁酸铋-钛酸钡固溶体磁电耦合陶瓷材料的制备方法。

背景技术

钙钛矿结构铁酸铋(BiFeO₃，BFO)因在室温下同时具有铁电和反铁磁性，是正在兴起的研究热点——多铁性单相材料中最有吸引力的为数不多的几种材料之一。自1957年Royen和Swars首次合成了这种多铁性材料以来的50多年间，对BFO的结构以及其极化有序和磁有序的存在和机理作了大量研究，证明了在室温下它同时具有铁电和反铁磁两种有序结构，铁电居里温度T_C在820～850℃之间，反铁磁奈尔温度T_N为370℃。

制约BFO陶瓷成为实用材料的关键问题有三个：1)用一般电子陶瓷工艺制备的BFO陶瓷中含有大量的如Bi₂Fe₄O₉和Bi₂₅FeO₃₉等不具有铁电和磁有序的非钙钛矿相；2)BFO基陶瓷由于存在Fe²⁺离子以及由此产生的氧空位，容易呈现很低的绝缘电阻率，在室温下很难出现饱和的电滞回线；3)BFO陶瓷自身的反铁磁性使得磁电耦合效应很弱。解决这些问题的一个有效方法是在BFO组分中引入既能稳定钙钛矿结构又能提高材料电阻率和铁磁性的其它化学成分。尽管近10余年来材料研究者一直在朝着上述目标努力，然而迄今为止，在有使用价值方面尚未见到突破性研究进展的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有直流电阻率大于10¹⁰Ωcm、高铁电和高铁磁居里温度的铁酸铋基多铁性陶瓷材料体系的制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

高电阻率铁酸铋-钛酸钡固溶体磁电陶瓷材料的制备方法，该方法包括下述步骤：

1)根据陶瓷材料化学组成通式(1-x)BiFeO₃-xBaTiO₃，其中0.05≤x≤0.40，按照材料组成化学计量比称量原材料，将称量好的原料置于尼龙罐中，加入玛瑙磨球和液体分散媒介，在行星式球磨机上球磨，以达到充分混合，将混合好的浆料置于恒温干燥箱中烘干；

2)将烘干后的混合粉料放入Al₂O₃坩锅中，加盖后置于箱式高温电炉中，在适当的高温下进行预合成，之后随炉自然冷却；

3)预合成的粉料经粗粉碎后，再在行星式球磨机上进行细粉碎，将细粉碎后的浆料在恒温干燥箱烘干，在烘干后的粉料中加入浓度为10％的聚乙烯醇粘结剂充分混合均匀并过80目筛造粒，粘结剂和粉料的重量比为1～3∶100，造粒完成后，采用液压机将粉末压制成薄圆片素坯；

4)将圆片素坯置于箱式高温电炉中缓慢升温至500℃并保温5h进行排粘，之后随炉自然冷却；

5)将排粘后的素坯置于箱式高温电炉中，在适当高温下烧结，之后随炉自然冷却，得到铁酸铋-钛酸钡固溶体磁电陶瓷材料。

进一步的，本发明的特征还在于：

所述步骤1)中采用的原材料为电子级化学试剂Bi₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂和BaCO₃，按照化学计量比为Bi₂O₃∶Fe₂O₃∶TiO₂∶BaCO₃＝(1-x)/2∶(1-x )/2∶x∶x进行称量。

所述步骤1)中球磨混合和步骤3)中的细粉碎，按照原料、玛瑙磨球和液体分散媒介的重量比为1∶1∶1研磨6-8h。

所述液体分散媒介采用去离子水或者无水乙醇。

所述步骤1)和步骤3)中烘干温度为100±10℃，烘干时间为2-4h。

所述步骤2)中预合成温度为700～850℃，保温时间为1～3h。

所述步骤5)中烧结温度为880～1070℃，保温时间为1～4h。

本发明铁酸铋基陶瓷材料为纯钙钛矿结构，电绝缘性能优良，铁电和亚(反)铁磁居里温度均高于350℃，室温剩余极化P_r＞18μC/cm²，剩余磁化M_r达到0.49emu/g。

本发明铁酸铋基陶瓷具有以下优点：