專利名稱：鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉多鐵陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵磁-鐵電性能優良的鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉陶瓷及其制備方法， 屬于電子陶瓷領域。
背景技術：
鐵酸鉍同時具有鐵電性和鐵磁性，可由電場誘導產生磁場，同時磁場也可以誘發電極化，即磁電效應。這種磁和電的相互控制在信息儲存方面，自旋電子器件方面，磁傳感器以及電容-電感一體化器件方面都有極其重要的應用前景[Dibyaranjan Rout, Kyoung-Seok Moon, Suk-Joong L. Kang, Temperature-dependent Raman scattering studies of polycrystalline BiFe03bulk ceramics, Journal of Raman Spectroscopy, (2009)40 :618-626]。當前鐵酸鉍陶瓷存在的主要問題有鐵酸鉍合成溫度范圍窄，容易分解；鉍容易揮發；鐵容易變價；陶瓷的漏電導過高；與其他鈣鈦礦材料形成固溶體后由于鐵酸鉍含量的減少而導致鐵磁性能的惡化等等。
發明內容
為了克服現有技術中鐵酸鉍工藝性能和鐵磁性能差等問題，本發明提供了一種鐵電-鐵磁性能優良的鐵酸鉍鈉-鈮鐵酸鉍鈉陶瓷及其制備方法，采用鈮鐵酸鉍鈉與鐵酸鉍復合形成固溶體和高溫入爐工藝，使其鐵磁性能和工藝性能都得到了大大的提高。本發明的技術方案是鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉多鐵陶瓷的化學組成通式為(1-x) BiFeO3-X (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3,其中:0<x<0.6,x 為摩爾分數。具體制備方法為(1)首先將三氧化二鐵、三氧化二鉍、碳酸鈉、五氧化二鈮，按化學計量比為 (Bia5Naa5) (NbaPea5)O3配料，采用傳統固相合成工藝制備出鈮鐵酸鉍鈉陶瓷粉體；再以三氧化二鐵、三氧化二鉍、鈮鐵酸鉍鈉為原料，按化學計量比為(I-X)BiFeO3-X(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3 配料，其中0 < χ < 0.6 ；(2)將步驟(1)配好的料放入球磨機中混料，要求混合均勻，得到球磨料；(3)采用氣流噴霧造粒機對球磨料進行造粒，得到顆粒直徑為0. 001 1毫米的粉體顆粒；(4)將步驟(3)得到的粉體顆粒放入壓機中壓制成陶瓷坯體；(5)將步驟(4)成型的坯體放入爐中排膠，排膠結束以后，隨爐冷卻，得到素片；(6)爐子預先升溫至750 1100°C，將素片放入燒結爐中，保溫0. 1 1小時，然后取出，制得鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉陶瓷。本發明的有益效果是由于采用了鈮鐵酸鉍鈉作為第二相與鐵酸鉍形成固溶體， 由于第二相中含有鉍元素和鐵元素，因此與其他鈣鈦礦化合物相比，相同的固溶量情況下，該固溶體系中含有更多的鉍和鐵，因此既不會降低鐵酸鉍的磁性能，還會大大提高鐵酸鉍體系的工藝穩定性、介電性能和鐵電性能。采用高溫入爐、短時間保溫工藝，可以大大減少雜相的出現。因此本發明不僅改善了鐵酸鉍的陶瓷的介電常數低和工藝不穩定等問題，而且還獲得了鐵電和鐵磁性能均良好的多鐵材料。
圖 1 為本發明 0. 98BiFe03"0. 02 (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5Fe圖 2 為本發明 0. 80BiFe03-0. 20 (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5Fe圖 3 為本發明 0. 45BiFe03-0. 55 (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5FeQ.5) O3陶瓷的介電溫譜。 Q.5)O3陶瓷的介電溫譜。 Q.5)O3陶瓷的介電溫譜。
具體實施例方式實施例1 將三氧化二鐵、三氧化二鉍、碳酸鈉、五氧化二鈮，按化學計量比為(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用傳統固相合成工藝制備出鈮鐵酸鉍鈉陶瓷粉體；再以三氧化二鐵、三氧化二鉍、鈮鐵酸鉍鈉為原料，按化學計量比為0. 98BiFe03-0. 02 (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3配料。將配好的料放入球磨機中混料，要求混合均勻，得到球磨料；采用氣流噴霧造粒機對球磨料進行造粒，得到顆粒直徑為0. 001 1毫米的粉體顆粒；將得到的粉體顆粒放入壓機中壓制成陶瓷坯體；將成型的坯體放入爐中排膠，排膠結束以后，隨爐冷卻，得到素片；將素片放入預先升至800°C燒結爐中，保溫0. 1小時，然后取出，制得 0. 98BiFe03-0. 02 (Bi0 5Na0 5) (Nb0.5Fe0.5) O3 陶瓷。圖 1 給出了 0. 98BiFe03_0· 02 (Bi0.5Na0.5) (Nb。.5Fe0.5)O3陶瓷的介電溫譜。實施例2 將三氧化二鐵、三氧化二鉍、碳酸鈉、五氧化二鈮，按化學計量比為(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用傳統固相合成工藝制備出鈮鐵酸鉍鈉陶瓷粉體；再以三氧化二鐵、三氧化二鉍、鈮鐵酸鉍鈉為原料，按化學計量比為0. 80BiFe03-0. 20 (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3配料。將配好的料放入球磨機中混料，要求混合均勻，得到球磨料；采用氣流噴霧造粒機對球磨料進行造粒，得到顆粒直徑為0. 001 1毫米的粉體顆粒；將得到的粉體顆粒放入壓機中壓制成陶瓷坯體；將成型的坯體放入爐中排膠，排膠結束以后，隨爐冷卻，得到素片；將素片放入預先升至950°C燒結爐中，保溫0.7小時，然后取出，制得 0. 80BiFe03-0. 20 (Bi0 5Na0 5) (Nb0.5Fe0.5) O3 陶瓷。圖 2 給出了 0. 80BiFe03_0· 20 (Bi0.5Na0.5) (Nb。.5Fe0.5)O3陶瓷的介電溫譜。實施例3 將三氧化二鐵、三氧化二鉍、碳酸鈉、五氧化二鈮，按化學計量比為(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用傳統固相合成工藝制備出鈮鐵酸鉍鈉陶瓷粉體；再以三氧化二鐵、三氧化二鉍、鈮鐵酸鉍鈉為原料，按化學計量比為0. 45BiFe03-0. 55 (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3配料。將配好的料放入球磨機中混料，要求混合均勻，得到球磨料；采用氣流噴霧造粒機對球磨料進行造粒，得到顆粒直徑為0. 001 1毫米的粉體顆粒；將得到的粉體顆粒放入壓機中壓制成陶瓷坯體；將成型的坯體放入爐中排膠，排膠結束以后，隨爐冷卻，得到素片；將素片放入預先升至1100°C燒結爐中，保溫1小時，然后取出，制得0. 45BiFe03-0. 55 (Bi0 5Na0 5) (Nb0.5Fe0.5) O3 陶瓷。圖 3 給出了 0. 45BiFe03_0. 55 (Bi0.5Na0.5) (Nb。.5Fe0.5)O3陶瓷的介電溫譜。
權利要求
1.一種鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉多鐵陶瓷，其特征在于化學組成通式為(I-X) BiFeO3-X (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5FeQ.5) 03，其中0 < χ < 0. 6, χ 為摩爾分數。
2.如權利要求1所述的鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉多鐵陶瓷的制備方法，其特征在于制備方法為(1)首先將三氧化二鐵、三氧化二鉍、碳酸鈉、五氧化二鈮，按化學計量比為(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用傳統固相合成工藝制備出鈮鐵酸鉍鈉陶瓷粉體；再以三氧化二鐵、 三氧化二鉍、鈮鐵酸鉍鈉為原料，按化學計量比為(I-X)Bii^eO3-X(Bia5Naa5) (Nbtl5Fea5)O3 配料，其中0 < χ < 0. 6 ；(2)將步驟(1)配好的料放入球磨機中混料，要求混合均勻，得到球磨料；(3)采用氣流噴霧造粒機對球磨料進行造粒，得到顆粒直徑為0.001 1毫米的粉體顆粒；(4)將步驟( 得到的粉體顆粒放入壓機中壓制成陶瓷坯體；(5)將步驟(4)成型的坯體放入爐中排膠，排膠結束以后，隨爐冷卻，得到素片；(6)爐子預先升溫至750 1100°C，將素片放入燒結爐中，保溫0.1 1小時，然后取出，制得鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉陶瓷。
全文摘要
本發明公開了鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉多鐵陶瓷及其制備方法。其化學組成通式為(1-x)BiFeO3-x(Bi0.5Na0.5)(Nb0.5Fe0.5)O3，其中0＜x＜0.3，x為摩爾分數。將三氧化二鐵、三氧化二鉍、碳酸鈉、五氧化二鈮，預先合成鈮鐵酸鉍鈉粉體，然后按化學計量比為(1-x)BiFeO3-x(Bi0.5Na0.5)(Nb0.5Fe0.5)O3配料，其中0＜x＜0.6；經過球磨、成型、排膠、高溫燒結等工序，最終制備具有良好鐵電-鐵磁性能的鐵酸鉍-鈮鐵酸鉍鈉多鐵陶瓷。本發明方法改善了鐵酸鉍的陶瓷的介電常數低和工藝不穩定等問題，獲得了鐵電和鐵磁性能均良好的多鐵材料。
文檔編號C04B35/622GK102173766SQ20111000626
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者劉來君, 方亮, 李蕓華, 胡長征, 蘇聰學, 黃延民 申請人:桂林理工大學