專利名稱：一種高鐵磁性能和鐵電性能的鐵酸鉍基復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料科學領域，具體涉及一種鐵酸鉍基復合材料及同時提高鐵酸鉍陶瓷鐵磁性能和鐵電性能的方法
背景技術：
多鐵性材料(multiferroic)是一種集鐵電、磁有序于一體，從而鐵電性和磁性共存并且具有磁電耦合性質的材料。該材料互補了純的(反_)鐵電或(反_)鐵磁材料的不足而同時呈現(xiàn)電和磁的有序性，由于鐵電性和磁性的共存使得這種材料可由電場誘導產生磁場，同時磁場也可以誘發(fā)鐵電極化，此性質被稱為磁電效應。電場可以誘導磁極化，磁場可以誘導鐵電極化這種特殊的功能材料將具有廣泛的應用，具體應用主要體現(xiàn)在以下幾方面(1)對光波的振幅、偏振和位相進行調制；( 磁電數(shù)據(jù)存儲和轉換；C3)光學二極管； (4)自旋波發(fā)生器；( 自旋波的放大和頻率轉換；(6)寬波段磁探測以及多功能電子設備如傳感器、制動器、感應器、轉換器等；(7)電流、電壓雙向轉換器等。鐵酸鉍作為一種典型的單相多鐵材料，具有遠高于室溫的居里溫度和奈爾溫度，是目前唯一在室溫條件下同時具有鐵電性與寄生弱鐵磁性的單相多鐵材料，因此，引起了廣大研究者的極大關注。然而， 鐵酸鉍的缺點是由于二價鐵離子和氧空位的存在而導致大的漏導電流以及由于反鐵電本質而導致弱磁性。以上缺點嚴重限制了鐵酸鉍材料的實際應用。雖然，通過離子摻雜可以在一定程度上降低鐵酸鉍陶瓷的漏電流和提高鐵酸鉍陶瓷的磁性，但是改性的效果不是很明顯，尤其是在改善鐵酸鉍陶瓷的磁性方面，因為離子摻雜并不能改變鐵酸鉍反鐵磁的本質。 在鐵酸鉍陶瓷中引入強磁性的鐵氧體可以顯著提高，然而，由于常用的鈷鐵氧體(CoFe2O4) 和鎳鋅鐵氧體(NiZn ferrite)的電阻率較低，如果將這兩種鐵氧體引入到鐵酸鉍中形成鐵酸鉍基復合材料，雖然可以提高鐵酸鉍陶瓷的磁性能，但是會惡化鐵酸鉍陶瓷的鐵電性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高飽和磁化強度，改善鐵酸鉍陶瓷電滯回線的形狀，并提高剩余極化強度的高鐵磁性能和鐵電性能的鐵酸鉍基復合材料的制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是1)按化學通式 BiY2Fe5O12 將分析純的 Bi (NO3)3 · 5H20、Y(NO3)3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 1-0. 4mol/l的BH2Fe5O12溶膠；2)按化學通式Leici. ^ia9FeO3將分析純的La2O3，Bi2O3和1 配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fii5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BHJe5O12的質量百分數(shù)，且0 < χ < 0. 2 ；4)將上述混合均勻的漿料分別在80 V、200 V和400 V下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)在混合粉末中加入混合粉末質量8 % 15 %的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在900 1000°C下燒結0. 5 2個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。所述的PVA粘合劑是采用質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液造粒得到的。本發(fā)明將鐵酸鉍的磁化強度從0. 007emu/g提高至4. 5emu/go同時，明顯改善鐵酸鉍陶瓷電滯回線的形狀，并提高剩余極化強度，從0. 6微庫/厘米2提高至1. 2微庫/厘米


圖1是在900°C下燒結所得純IAllBia9FeO3陶瓷的磁滯回線。圖2是當LEiaiBia9FeO3的質量比為95%,BiY2Fii5O12的質量比為5%，950°C燒結所得復合材料的磁滯回線；圖3是當LEiaiBia9FeO3的質量比為90%,BiY2Fe5O12的質量比為10%，1000°C燒結所得復合材料的磁滯回線；圖4是當LEiaiBia9FeO3的質量比為80%,BiY2Fe5O12的質量比為20%，1000°C燒結所得復合材料的磁滯回線；圖5是在900°C下燒結所得純IAllBia9FeO3陶瓷的電滯回線；圖6是當LEiaiBia9FeO3的質量比為95%,BiY2Fii5O12的質量比為5%，950°C燒結所得復合材料的電滯回線；圖7是當LEiaiBia9FeO3的質量比為90%,BiY2Fe5O12的質量比為10%，1000°C燒結所得復合材料的電滯回線；圖8是當LEiaiBia9FeO3的質量比為80% ,BiY2Fii5O12的質量比為20%，1000°C燒結所得復合材料的電滯回線；
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1 1)按化學通式 BiY2Fii5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 2mol/l的BHfe5O12溶膠；2)按化學通式Leici. ^ia9FeO3將分析純的La2O3，Bi2O3和1 配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fii5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BHJe5O12的質量百分數(shù)，且χ = 0. 05 ；4)將上述混合均勻的漿料分別在80°C、200°C和400°C下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)將質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液經造粒制成PVA粘合劑，在混合粉末中加入混合粉末質量10%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；
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6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在950°C下燒結1個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。由圖1可以看出純I^aiBia9FeO3陶瓷的磁性非常弱，飽和磁化強度為0. 007emu/ go由圖2可以看出本發(fā)明制備的鐵酸鉍基復合材料的飽和磁化強度為0.3;3emU/g。由圖5 可以看出純IAllBia9FeO3陶瓷的鐵電性很差，電滯回線很圓，漏電流很大，剩余極化強度為 0. 62微庫/厘米2。由圖6可以看出本發(fā)明制備的鐵酸鉍基復合材料的鐵電性較好，電滯回線很正常，剩余極化強度為1.20微庫/厘米2。實施例2 1)按化學通式 BiY2Fe5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 4mol/l的BHfe5O12溶膠；2)按化學通式Leiq. ^ia9FeO3將分析純的Lei2O3, Bi2O3和Fii2O3配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fe5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BiY2Fe5O12的質量百分數(shù)，且χ = 0.1；4)將上述混合均勻的漿料分別在80°C、200°C和400°C下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)將質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液經造粒制成PVA粘合劑，在混合粉末中加入混合粉末質量12%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在1000°C下燒結0. 5個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。由圖1可以看出純I^aiBia9FeO3陶瓷的磁性非常弱，飽和磁化強度為0. 007emu/ go由圖3可以看出本發(fā)明制備的鐵酸鉍基復合材料的飽和磁化強度為1.31emU/g。由圖5 可以看出純IAllBia9FeO3陶瓷的鐵電性很差，電滯回線很圓，漏電流很大，剩余極化強度為 0. 62微庫/厘米2。由圖7可以看出本發(fā)明制備的鐵酸鉍基復合材料的鐵電性較好，電滯回線很正常，剩余極化強度為1.00微庫/厘米2。實施例3 1)按化學通式 BiY2Fe5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 3mol/l的BHfe5O12溶膠；2)按化學通式Leici. ^ia9FeO3將分析純的La2O3，Bi2O3和1 配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fii5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BHJe5O12的質量百分數(shù)，且χ = 0.2；4)將上述混合均勻的漿料分別在80°C、200°C和400°C下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)將質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液經造粒制成PVA粘合劑，在混合粉末中加入混合粉末質量8%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在1000°C下燒結0. 5個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。由圖1可以看出純LiiaiBia9FeOJIl瓷的磁性非常弱，飽和磁化強度為0. 007emu/go由圖4可以看出本發(fā)明制備的鐵酸鉍基復合材料飽和磁化強度為4. 32emu/g。由圖5可以看出純IAllBia9FeO3陶瓷的鐵電性很差，電滯回線很圓，漏電流很大，剩余極化強度為0. 62 微庫/厘米2。由圖8可以看出本發(fā)明制備的鐵酸鉍基復合材料的鐵電性較好，電滯回線很正常，剩余極化強度為1. 20微庫/厘米2。實施例4 1)按化學通式 BiY2Fii5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. lmol/1的BH2Fe5O12溶膠；2)按化學通式Leici. ^ia9FeO3將分析純的La2O3，Bi2O3和1 配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fii5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BHJe5O12的質量百分數(shù)，且χ = 0. 15 ；4)將上述混合均勻的漿料分別在80°C、200°C和400°C下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)將質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液經造粒制成PVA粘合劑，在混合粉末中加入混合粉末質量15%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在900°C下燒結2個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。實施例5 1)按化學通式 BiY2Fe5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 25mol/l的BHfe5O12溶膠；2)按化學通式Leiq. ^ia9FeO3將分析純的Lei2O3, Bi2O3和Fii2O3配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fe5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BHJe5O12的質量百分數(shù)，且χ = 0. 08 ；4)將上述混合均勻的漿料分別在80°C、200°C和400°C下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)將質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液經造粒制成PVA粘合劑，在混合粉末中加入混合粉末質量11%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在980°C下燒結1個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。實施例6 1)按化學通式 BiY2Fe5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3)3 · 9H20溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 35mol/l的BHfe5O12溶膠；2)按化學通式Leici. ^ia9FeO3將分析純的La2O3，Bi2O3和1 配制后球磨4小時， 然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式 χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bi0^FeO3 將 BiY2Fii5O12 溶膠和 LiiaiBia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BHJe5O12的質量百分數(shù)，且χ = 0. 13 ；4)將上述混合均勻的漿料分別在80 V、200 V和400 V下保溫熱處理2小時得混合粉末；
5)將質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液經造粒制成PVA粘合劑，在混合粉末中加入混合粉末質量13%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑 PVA，在920°C下燒結1. 5個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。本發(fā)明將鐵酸鉍的磁化強度從0. 007emu/g提高至4. 5emu/g。同時，明顯改善鐵酸鉍陶瓷電滯回線的形狀，并提高剩余極化強度，從0. 6微庫/厘米2提高至1. 2微庫/厘米2。
權利要求
1.一種高鐵磁性能和鐵電性能的鐵酸鉍基復合材料的制備方法，其特征在于1)按化學通式BiY2Fe5O12 將分析純的 Bi (NO3) 3 · 5H20、Y (NO3) 3 · 5H20 和 Fe (NO3) 3 · 9H20 溶于乙二醇中制成透明的濃度為0. 1-0. 4mol/l的BiY2Fi55O12溶膠；2)按化學通式LEtaiBi0JeO3將分析純的La2O3,Bi2O3和Fe2O3配制后球磨4小時，然后烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒3小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 La。. Pia9FeO3 粉體；3)按化學通式χ BiY2Fe5O12/ (l-χ) La0. !Bia9FeO3 將 BHJe5O12 溶膠和 Lei。. !Bia9FeO3 粉體混合均勻得漿料，其中χ為BiY2Fe5O12的質量百分數(shù)，且0 < χ彡0. 2 ；4)將上述混合均勻的漿料分別在80°C、200°C和400°C下保溫熱處理2小時得混合粉末；5)在混合粉末中加入混合粉末質量8% 15%的PVA粘合劑經60目與120目篩網(wǎng)過篩，得到復合材料的混合粉末；6)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型后在550°C，保溫4個小時排除粘合劑PVA， 在900 1000°C下燒結0. 5 2個小時成瓷，即得鐵酸鉍基復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的高鐵磁性能和鐵電性能的鐵酸鉍基復合材料的制備方法，其特征在于所述的PVA粘合劑是采用質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液造粒得到的。
全文摘要
一種高鐵磁性能和鐵電性能的鐵酸鉍基復合材料的制備方法，將Bi(NO3)3·5H2O、Y(NO3)3·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于乙二醇中制成BiY2Fe5O12溶膠；將La2O3，Bi2O3和Fe2O3球磨、烘干，過篩，壓塊，預，然后將塊狀樣品粉碎后過篩得到La0.1Bi0.9FeO3粉體；將BiY2Fe5O12溶膠和La0.1Bi0.9FeO3粉體混合均勻得漿料，將漿料保溫熱處理得混合粉末；在混合粉末中加入PVA粘合劑經得到復合材料的混合粉末；將復合材料的混合粉末壓制成型后加熱除粘合劑PVA后燒結得鐵酸鉍基復合材料。本發(fā)明將鐵酸鉍的磁化強度從0.007emu/g提高至4.5emu/g。同時，明顯改善鐵酸鉍陶瓷電滯回線的形狀，并提高剩余極化強度，從0.6微庫/厘米2提高至1.2微庫/厘米2。
文檔編號C04B35/26GK102503391SQ201110320918
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2011年10月20日
發(fā)明者朱建鋒, 楊海波, 楊艷艷, 林營, 王芬 申請人:陜西科技大學