[发明专利]一种具有室温多铁性钬、铬共掺铁酸铋陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料领域，尤其是涉及一种在室温下同时具备优异铁电、铁磁性的铋、铁位共掺铁酸铋陶瓷及其制备工艺。

背景技术

多铁材料同时具有两种以上的铁电、铁磁及铁弹特性，且其磁电效应在开发新型信息存储器件、自旋电子器件和磁电传感器件等方面具有巨大的潜在的应用前景。

铁酸铋（BiFeO₃）因其室温多铁性（铁电居里温度为380℃，反铁磁奈尔点为810℃）而受到研究者的广泛关注。然而，由于大的漏电流抑制了铁酸铋的铁电特性；本征的螺旋反铁磁结构束缚了铁酸铋的磁特性，因而限制了铁酸铋材料的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异室温多铁性的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷及其制备方法。

本发明一种具有室温多铁性钬、铬共掺铁酸铋陶瓷，其特征在于，所述的钬、铬共掺铁酸铋多铁陶瓷的化学分子式为：Bi_1-xHo_xFe_1-yCr_yO₃，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1；优选0.1≤x≤0.15，0.05≤y≤0.1，更优选x=0.1，y=0.1。

上述一种具有室温多铁性钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将原料Ho₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃和Fe₂O₃，按照Bi_1-xHo_xFe_1-yCr_yO₃化学式比计量进行配料；

（2）将步骤（1）中的混合料进行球磨，采用氧化锆球，球磨介质为无水乙醇，球磨时间12-24h，转速200-400r/min；

（3）将步骤（2）得到的浆料在100℃下烘干，烘干时间为3-5h，将获得的粉末在750~830℃煅烧2h；

（4）将步骤（3）获得的锻烧粉末再次采用步骤（2）的条件球磨，烘干后过筛，加入聚乙烯醇水溶液（PVA，优选质量分数5%），利用压片机在100-150MPa压力下压成片状；

（5）将步骤（4）获得的片状物质在550℃下排胶4h，最后在800~870℃下烧结成瓷。

该多铁陶瓷在室温下具有优异的铁电特性及铁磁特性，在100kV/cm的电场下最大剩余极化值达到20.25μC/cm²，在0.2T的磁场下最大剩余磁化值达到0.742emu/g，表明其具有优秀的室温铁电、铁磁性能。稀土元素对Bi元素的取代可利用电荷补偿作用抑制氧空位而减少漏电流，改善铁电特性；过渡金属元素对Fe元素的取代可激发新的铁磁交换以获得强磁性。稀土元素与过渡金属元素对Bi与Fe元素共同取代，为同时具备优秀铁电与铁磁特性的铁酸铋材料的制备提供了可能。

附图说明

图1为实施例1制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的XRD图谱；

图2为实施例1制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的电滞回线；

图3为实施例1制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的磁滞回线；

图4为实施例2制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的XRD图谱；

图5为实施例2制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的电滞回线；

图6为实施例2制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷的磁滞回线。

具体实施方式

本发明制备的钬、铬共掺铁酸铋陶瓷具有优秀的铁电与铁磁特性，在微电子等器件领域具有广阔的应用前景。

实施例1