[发明专利]一种高纯高致密的A/B位多离子共掺杂铁酸铋基陶瓷及其制备方法

说明书

一种高纯高致密的A/B位多离子共掺杂铁酸铋基陶瓷及其制备方法，它涉及一种多离子共掺杂的高铁电性能的铁酸铋基陶瓷及其制备方法。本发明的目的是要解决现有方法合成的铁酸铋陶瓷相纯度差和致密化程度低，进而导致陶瓷漏电流大和铁电极化过小的问题。一种高纯高致密的A/B位多离子共掺杂铁酸铋基陶瓷的化学通式为：Bi_1‑xRe_xFe_1‑yB_yO₃；制备方法：一、称料；二、烘干、过筛；三、素坯成型；四、陶瓷烧结。本发明制备的铁酸铋基陶瓷具有高的纯度和致密度，同时漏电流较小，展现了优异的铁电性能。本发明可获得一种高纯高致密的铁酸铋基陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种多离子共掺杂的高铁电性能的铁酸铋基陶瓷及其制备方法。

背景技术

铁酸铋(BiFeO₃)作为目前唯一的室温单相多铁性材料，因其同时具有铁电性和反铁磁性而受到广泛关注。理论研究表明铁酸铋的居里温度Tc约为830℃，反铁磁尼尔温度T_N约为370℃，自发极化约为100μC·cm^-2，这使其成为首选的室温下可以应用的多铁性材料。多铁性材料中的这种磁和电的相互调控作用在转换器、振荡器、存储器尤其是多态存储器等器件上有相当好的应用前景。

但是目前铁酸铋的研究中仍然存在一定的难度，主要包括高温下相结构不稳定，合成过程中存在杂相，漏电流大导致不能展现良好的铁电性，以及本身的G-型反铁磁结构导致磁性能较弱，室温下不能表现出良好的磁电耦合效应。

发明内容

本发明的目的是要解决现有方法合成的铁酸铋陶瓷相纯度差和致密化程度低，进而导致陶瓷漏电流大和铁电极化过小的问题，而提供一种高纯高致密的A/B位多离子共掺杂铁酸铋基陶瓷及其制备方法。

一种高纯高致密的A/B位多离子共掺杂铁酸铋基陶瓷的化学通式为：Bi_1-xRe_xFe_1-yB_yO₃，其中0x≤0.3，0y≤0.1，x、y均为摩尔分数，且所述的Re为稀土元素，所述的稀土元素为镨元素、钕元素和钐元素中的一种或者几种稀土元素的混合；所述的B为高价过渡族金属元素，所述的高价过渡族金属元素为钼元素、锆元素和钛元素中的一种或者几种元素的混合；所述的Bi为铋元素；所述的Fe为铁元素。

一种高纯高致密的A/B位多离子共掺杂铁酸铋基陶瓷的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、称料：

①、按照化学通式Bi_1-xRe_xFe_1-yB_yO₃称取氧化铋、氧化铁、稀土氧化物和高价过渡金属氧化物粉体；其中0x≤0.3，0y≤0.1，x、y均为摩尔分数；

②、再次称取氧化铋；

步骤一②中称取的氧化铋与步骤一①中称取的氧化铋摩尔比为(0.01～0.1):1；

③、将步骤一①和步骤一②称取的氧化铋、氧化铁、稀土氧化物和过渡金属氧化物粉体放入球磨罐中，再加入球磨介质无水乙醇和磨球，使用高能行星球磨机磨球混合，得到球磨后的混合物；

二、将球磨后的混合物烘干，再使用100目的筛子过筛，得到粒径小于100目的原料混合物；

三、素坯成型：

①、将粒径小于100目的原料混合物和粘结剂水溶液加入到玛瑙研钵中研磨造粒，再过150目～200目筛子，得到粒径为150目～200目的原料混合粉体；

步骤三①中所述的粒径小于100目的原料混合物与粘结剂水溶液中粘结剂的质量比为(19～49):1；