專利名稱：一種BiFeO₃基多鐵復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，涉及BiFe03基多鐵復(fù)合材料的制備技術(shù)，特別涉及兩種元素鏑和鈦的共摻雜制備多鐵復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
多鐵復(fù)合材料由于鐵電性和磁性的共存使得這種材料可由電場誘導(dǎo)產(chǎn)生磁場，同時磁場也可以誘發(fā)電極化，此性質(zhì)被稱為磁電效應(yīng)。該材料互補了純的(反)鐵電或(反)鐵磁材料的不足同時呈現(xiàn)出鐵電性能和鐵磁性或者其他形式的磁性能的雙重有序性。這種雙重有序性使得多鐵復(fù)合材料擁有一些獨特的物理性能；而且使其在多重控制設(shè)備中具有很好的應(yīng)用潛力N. Hur， et al. Nature 429， 392 (2004) 、 N. A. Spaldin，et al. Science 309,391(2005)。由于鐵電和磁性能產(chǎn)生的機理之間存在某種原理上的互斥性，因此在單相化合物中同時獲得高的鐵電性和磁性能在目前來說是一個很難實現(xiàn)的目標L Sosnowska， et al. J. Phys. C15， 4835 (1982) 、 J. R. Teague， et al. SolidState Commun. 8,1073(1970)。因此，不少研究小組采用通過將兩種或兩種以上分別擁有鐵電性與磁性能的材料復(fù)合起來形成多鐵復(fù)合材料來實現(xiàn)多鐵復(fù)合材料的制備G. Sreenivasulu， et al. Appl. Phys. Lett. 94， 112902 (2009) 、 C. W. Nan， et al. J. Appl.Phys. 103， 031101 (2008) 、N. Zhang, et al. J. Appl. Phys. 101,063907(2007)。這種制備方法首先需要合成分別擁有鐵電性和磁性能的材料，之后按照一定的配比混合燒結(jié)從而形成多鐵復(fù)合材料。然而到目前為止，通過摻雜在最終樣品中自發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生擁有磁性或者鐵電性的第二相化合物，從而獲得多鐵復(fù)合材料的報道卻不多見。 中國專利200510038777.8 "淬火法制備單相BiFe03陶瓷的方法"與中國專利200810035703. 2 "高溫單相亞鐵磁-磁電多鐵性陶瓷材料及其制備方法"分別公開了采用高溫?zé)Y(jié)BiFe03陶瓷進行快速冷卻處理的工藝和采用不同離子半徑進行替代形成固溶體的樣品制備工藝。此兩種方法均可制備出單相的陶瓷樣品，前者雖然擁有比較好的鐵電性能，但是其不足之處在于宏觀磁矩非常小；后者雖然獲得了比較大的宏觀磁矩，但是其樣品的漏電現(xiàn)象非常明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種新的制備BiFe03基多鐵復(fù)合材料的方法，采用本發(fā)明方法可以同時提高樣品的鐵電性和磁性能。 本發(fā)明通過在Bi和Fe元素位置上同時摻雜不同比例的鏑和鈦元素，從而自發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生亞鐵磁性石榴石相，因此而形成多鐵復(fù)合材料。同時，將鏑替換為稀土元素釓，同樣可以獲得鐵電性和磁性能同時得到改善的BiFe03基多鐵復(fù)合材料。本發(fā)明采用固相反應(yīng)法，其中第二次燒結(jié)采用類似快速燒結(jié)的方法進行。本發(fā)明中所述類似快速燒結(jié)的方法使得快速燒結(jié)法在普通管式爐上也可以進行。本發(fā)明具有燒結(jié)時間短，工藝簡單，成本低，反應(yīng)易于控制，所制備的樣品結(jié)構(gòu)均勻致密，可重復(fù)性高等特點。
3
本發(fā)明制備方法的合成工藝步驟順序如下 (1)按化學(xué)式Bi卜xDyxFei—yTiy03+y/2 (0. 1《x《0. 3 ;0. 01《y《0. 1)分別稱量相 應(yīng)含量的鉍、鏑、鐵與鈦的氧化物粉末(純度> 99. 9% );并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分 研磨混合均勻； (2)取研磨后的粉體壓片或者壓塊，并在管式爐或者箱式爐中65(TC溫度下預(yù)處 理一個小時后，隨爐冷卻，之后重新研磨經(jīng)過預(yù)處理的片狀或塊狀的BihxDyxFei—yTiy03+y/2， 然后再次壓片或者壓塊，以便用作二次燒結(jié)； (3) 二次燒結(jié)在管式爐設(shè)備上進行，燒結(jié)采用類似快速燒結(jié)的方法，燒結(jié)溫度依據(jù) 摻雜含量配比不同為820 97(TC，燒結(jié)時間為20min左右。當管式爐中溫度升至設(shè)定溫度 后，將經(jīng)過步驟(2)再次壓片或壓塊的Bi^xDyxFei—yTiy03+y/2快速推入燒結(jié)爐中，燒結(jié)完成后 迅速將產(chǎn)物移出管式爐，在室溫下進行退火，即得到主相為正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并伴有少量的 菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和立方結(jié)構(gòu)石榴石相的塊材多鐵復(fù)合材料。 本發(fā)明制備BiFe03基多鐵復(fù)合材料的方法是由于Dy和Ti元素的同時加入，自發(fā) 誘導(dǎo)產(chǎn)生了一種具有亞鐵磁性的石榴石相的產(chǎn)生，該相對樣品磁性能的改善起到了重要作 用。本發(fā)明中將Dy元素替換為Gd元素，根據(jù)理論化學(xué)式BihxGdxFei—yTiy03+y/2 (0. 1《x《0. 3 ;0. 01《y《0. 03)進行氧化物原料的稱量，并按照與所述的材料相同的合成工藝進行合 成，也同樣能夠獲得磁性能和鐵電性同時得到改善的多鐵復(fù)合物。


圖1是本發(fā)明實施例1的X光衍射圖譜(XRD);
圖2是本發(fā)明實施例1的磁滯回線測試結(jié)果；
圖3是本發(fā)明實施例1的電滯回線測試結(jié)果。
具體實施方式

實施例1 按理論化學(xué)式Bi。.8Dy。.2Fe。.98Ti。.。203.M分別稱量0.04mo1 Bi203、0. Olmol Dy203、 0. 049molFe203以及0. 002mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為88(TC，燒結(jié)時間為20min，燒結(jié)時當管式爐中溫度升至88(TC時將上述再次壓 制好的片狀樣品放入，二次燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火。圖l是該復(fù)合材料的 X光衍射圖譜(XRD)，表明該復(fù)合材料主相為正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并伴有少量的菱方鈣鈦礦結(jié) 構(gòu)和立方結(jié)構(gòu)石榴石相；圖2是該復(fù)合材料的磁滯回線測試結(jié)果；圖3是該復(fù)合材料的電 滯回線測試結(jié)果。
實施例2 按理論化學(xué)式Bi。.8Dy。.2Fe。.99Ti。.M03.。。5分別稱量0.04mo1 Bi203、0. Olmol Dy203、 0. 0495molFe203以及O. OOlmol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為85(TC，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至85(TC時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例3 按理論化學(xué)式Bi。.8Dy。.2Fe。.97Ti。.。303.M5分別稱量0.04mo1 Bi203、0. Olmol Dy203、 0. 0485molFe203以及0. 003mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為90(TC，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至90(TC時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例4 按理論化學(xué)式Bio.8Dyo.2Feo.96Tio.o403.o2分別稱量0.04mo1 Bi203、0. Olmol Dy203、 0. 048molFe203以及0. 004mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨lh，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫 度為92(TC，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至92(TC時將上述再次 壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵
復(fù)合材料。 實施例5 按理論化學(xué)式Bi。.8Dy。.2Fe。.95Ti。.。503.。25分別稱量0.04mo1 Bi203、0. Olmol Dy203、 0. 0475molFe203以及O. 005mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為950°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至950°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例6 按理論化學(xué)式Bi。.8Dy。.2Fe。.9Ti。.A.。5分別稱量0. 04mol Bi203、0. Olmol Dy203、 0. 045mol Fe203以及0. Olmol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為970°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至970°C時將上
5述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例7 按理論化學(xué)式Bi。.9Dy。.iFe。.99Ti。.M03.。。5分別稱量0. 045mol Bi203、0. 005mol Dy203、 0. 0495molFe203以及O. OOlmol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為820°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至820°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例8 按理論化學(xué)式Bi。.9Dy。.iFe。.98Ti。.。203 M分別稱量0.045mo1 Bi203、0. 005mol Dy203、 0. 049molFe203以及0. 002mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為850°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至850°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例9 按理論化學(xué)式Bi。.9Dy。.iFe。.97Ti。.。303.M5分別稱量0. 045mol Bi203、0. 005mol Dy203、 0. 0485molFe203以及O. 003mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為880°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至880°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例10 按理論化學(xué)式Bi。.9Dy。.iFe。.96Ti。.。403 。2分別稱量0.045mo1 Bi203、0. 005mol Dy203、 0. 048molFe203以及0. 004mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為900°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至900°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例11
按理論化學(xué)式Bi。.9Dy。.iFe。.95Ti。.。503.。25分別稱量0. 045mol Bi203、0. 005mol Dy203、 0. 0475molFe203以及O. 005mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為920°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至920°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例12 按理論化學(xué)式Bi。.7Dy。.3Fe。.99Ti。.M03.。。5分別稱量0. 035mol Bi203、0. 015mol Dy203、 0. 0495molFe203以及O. OOlmol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為880°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至880°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例13 按理論化學(xué)式Bi。.7Dy。.3Fe。.98Ti。.。203 M分別稱量0.035mo1 Bi203、0. 015mol Dy203、 0. 049molFe203以及0. 002mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為900°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至900°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例14 按理論化學(xué)式Bi。.7Dy。.3Fe。.97Ti。.。303.M5分別稱量0. 035mol Bi203、0. 015mol Dy203、 0. 0485molFe203以及O. 003mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為920°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至920°C時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例15 按理論化學(xué)式81。.707。.3 6。.9611。.。403.。2分別稱量0.03511101 Bi203、0. 015mol Dy203、 0. 048molFe203以及0. 004mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為93(TC，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至93(TC時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例16 按理論化學(xué)式Bi。.7Dy。.3Fe。.95Ti。.。503.。25分別稱量0. 035mol Bi203、0. 015mol Dy203、 0. 0475molFe203以及O. 005mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為95(TC，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至95(TC時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例17 按理論化學(xué)式Bi。.7Dy。.3Fe。.9Ti。.A.。5分別稱量0.035mo1 Bi203、0. 015mol Dy203、 0. 045molFe203以及0. Olmol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻； 將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處 理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置 于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為97(TC，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至97(TC時將上 述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取出進行室溫退火，可得到該BiFe03
基多鐵復(fù)合材料。
實施例18 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi。.9Gd。. iFe。jTi。.。A.。。5分別稱 量0. 045mol Bi203、0. 005mol Gd203、0. 0495mol Fe203以及0. OOlmol Ti02，并在瑪瑙研缽或 者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片 在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷 卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再 次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為820°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié) 時當管式爐中溫度升至82(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其 取出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例19 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi。.9Gd^Fe。.98Ti。.。203.M分別稱 量0. 045mol Bi203、0. 005mol Gd203、0. 049mol Fe203以及0. 002mol Ti02，并在瑪瑙研缽或 者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片 在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷 卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh，再次 進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時當管式爐中溫度升至85(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取 出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例20 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi。.9Gd。. ^6。.9711。.。303.。15分別稱 量0. 045mol Bi203、0. 005mol Gd203、0. 0485mol Fe203以及0. 003mol Ti02，并在瑪瑙研缽或 者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片 在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷 卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再 次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié) 時當管式爐中溫度升至90(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其 取出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例21 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi^Gc^Fe^gTi^A.,分別稱 量0. 04mol Bi203、0. Olmol Gd203、0. 0495mol Fe203以及0. OOlmol Ti02，并在瑪瑙研缽或者 球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在 管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為600°C ，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻 至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次 進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為850°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時 當管式爐中溫度升至85(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取 出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例22 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi^Gc^Fe^sT^iO^分別稱 量0. 04molBi203、0. Olmol Gd203、0. 049mol Fe203以及0. 002mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者球 磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在管 式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為600°C ，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻至 室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次進 行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為88(TC，燒結(jié)時間為20min，燒結(jié)時當管式爐中 溫度升至88(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，二次燒結(jié)完成后迅速將其取出進行 室溫退火。
實施例23 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi。.8Gd。.2Fe。.97Ti。.。303.。15分別稱 量0. 04molBi203、0. Olmol Gd203、0. 0485mol Fe203以及0. 003mol Ti02，并在瑪瑙研缽或者 球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片在 管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為600°C ，處理時間為一個小時，之后隨爐冷卻 至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再次 進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié)時 當管式爐中溫度升至90(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其取 出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例24
將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi。.7Gd。.3Fe。.9gTi。.。A.。。5分別稱 量0. 035mol Bi203、0. 015mol Gd203、0. 0495mol Fe203以及0. OOlmol Ti02，并在瑪瑙研缽或 者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片 在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷 卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再 次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為880°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié) 時當管式爐中溫度升至88(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其 取出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例25 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi^GduFe^sTi^O^分別稱 量0. 035mol Bi203、0. 015mol Gd203、0. 049mol Fe203以及0. 002mol Ti02，并在瑪瑙研缽或 者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片 在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷 卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再 次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié) 時當管式爐中溫度升至90(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其 取出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
實施例26 將鏑(Dy)元素替換為釓(Gd)元素，按理論化學(xué)式Bi。.7Gd。.3Fe。.97Ti。.。303.。15分別稱 量0. 035mol Bi203、0. 015mol Gd203、0. 0485mol Fe203以及0. 003mol Ti02，并在瑪瑙研缽或 者球磨機中充分研磨約lh，混合均勻；將上述混合物用壓片機壓制成片，然后將壓好的片 在管式爐或者箱式爐中進行預(yù)處理，處理溫度為60(TC，處理時間為一個小時，之后隨爐冷 卻至室溫；將預(yù)處理好的片狀樣品再置于瑪瑙研缽或者球磨機中充分粉碎研磨約lh后，再 次進行壓制成片。最后進行二次燒結(jié)，燒結(jié)溫度為920°C ，燒結(jié)時間為20min左右，二次燒結(jié) 時當管式爐中溫度升至92(TC時將上述再次壓制好的片狀樣品放入，燒結(jié)完成后迅速將其 取出進行室溫退火，可得到該BiFe03基多鐵復(fù)合材料。
10
權(quán)利要求
一種BiFeO3基多鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述制備方法合成工藝步驟順序如下(1)按化學(xué)式Bi1-xDyxFe1-yTiyO3+y/2(0.1≤x≤0.3；0.01≤y≤0.03)分別稱量相應(yīng)含量的鉍、鏑、鐵與鈦的氧化物粉末(鉍、鏑、鐵與鈦的氧化物粉末純度≥99.9％)；并在瑪瑙研缽或者球磨機中充分研磨混合均勻；(2)取出研磨后的粉體壓片或者壓塊，并在管式爐或箱式爐中650℃溫度下預(yù)處理一個小時后，隨爐冷卻，之后將經(jīng)過預(yù)處理的片狀或塊狀的Bi1-xDyxFe1-yTiyO3+y/2重新研磨，然后再次壓片或壓塊，以便用作二次燒結(jié)；(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物在燒結(jié)溫度820～970℃范圍內(nèi)進行二次燒結(jié)，二次燒結(jié)在管式爐設(shè)備上進行，燒結(jié)采用類似快速燒結(jié)的方法進行，燒結(jié)時間為20min；當管式爐中溫度升至設(shè)定溫度后，將經(jīng)過步驟(2)再次壓片或壓塊的Bi1-xDyxFe1-yTiyO3+y/2快速推入燒結(jié)爐中，燒結(jié)完成后迅速將燒結(jié)所得產(chǎn)物移出管式爐，在室溫下進行退火，即得到主相為正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，并伴有少量的菱方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和立方結(jié)構(gòu)石榴石相的多鐵復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多鐵復(fù)合材料的制備方法，其特征在于或者將所述的鏑 (Dy)元素替換成釓(Gd)元素，根據(jù)理論化學(xué)式Bi卜xGdxFei—yTiy03+y/2 (0. 1《x《0. 3 ; 0. 01《y《0. 03)稱量氧化物原料。
全文摘要
一種BiFeO3基多鐵復(fù)合材料的制備方法。通過在Bi和Fe元素位置上同時摻雜不同比例的鏑和鈦元素，能夠在最終獲得的樣品中自發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生一種亞鐵磁性石榴石次要相，從而形成多鐵復(fù)合材料。材料制備方法如下將氧化鉍、氧化鐵、氧化鏑、二氧化鈦粉末按一定比例稱量并充分混合研磨均勻，壓制成片，在650℃管式爐或者箱式爐中焙燒一個小時后隨爐冷卻至室溫。得到的產(chǎn)物經(jīng)二次研磨并壓片后，再次在管式爐中燒結(jié)，二次燒結(jié)采用類似快速燒結(jié)的方法進行。燒結(jié)溫度依據(jù)成分配比不同分別為820～970℃不等，燒結(jié)時間為20min左右，從而制備出較致密的塊狀多鐵復(fù)合材料。同時，將鏑元素換成釓元素，也可獲得鐵電性和磁性能同時得到改善的BiFeO3基多鐵復(fù)合材料。
文檔編號C04B35/622GK101723660SQ20091023879
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者張書霞, 王棟梁, 馬衍偉 申請人:中國科學(xué)院電工研究所