本發(fā)明涉及多鐵陶瓷及其制備方法。

背景技術(shù)：

多鐵性材料是指在同一種相中存在兩種或者兩種以上鐵序的材料，是由瑞士科學(xué)家schmid于1994年首次提出，其中鐵序包括鐵磁序、鐵電序、鐵彈序和鐵渦序。而研究最多的多鐵材料是磁性與鐵電性共存的磁電多鐵材料，一般將磁性(鐵磁、亞鐵磁、反鐵磁和非共線磁性等)與鐵電性共存的材料稱為磁電多鐵材料。在磁電多鐵材料中，磁性與鐵電性之間存在一定的耦合效應(yīng)，在信息存儲、自旋電子器件、電容-電感一體化器件和微波吸收技術(shù)領(lǐng)域存在著廣泛的應(yīng)用前景。但是目前能夠應(yīng)用的單相多鐵材料非常稀少，因?yàn)閺慕?jīng)驗(yàn)角度看磁性與鐵電性具有一定的互斥性，再加上多數(shù)材料的磁性居里溫度和鐵電居里溫度低于室溫，所以就使得在室溫下能夠應(yīng)用的單相多鐵材料更少了。目前研究最多的室溫單相多鐵材料是鐵酸鉍(bifeo3)，它在室溫下同時具有鐵電性和反鐵磁性，鐵電居里溫度約1103k，鐵磁尼爾溫度約643k。但是由于具有反鐵磁性，所以能表現(xiàn)出來的宏觀磁性非常弱，也就限制了鐵酸鉍作為多鐵材料的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的室溫共存反鐵磁性和鐵電性的單相多鐵材料鐵酸鉍磁性弱的技術(shù)問題，而提供一種單相多鐵陶瓷材料及其制備方法。

本發(fā)明的單相多鐵陶瓷材料的化學(xué)表達(dá)式為ba0.7ca0.3fetao3，簡寫為bcft，且為棒狀晶粒構(gòu)成的陶瓷材料。

上述的單相多鐵陶瓷材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

一、將碳酸鋇(baco3)、碳酸鈣(caco3)、三氧化二鐵(fe2o3)和五氧化二鉭(ta2o5)粉末按照ba0.7ca0.3fetao3的化學(xué)計(jì)量比稱量并混合均勻，得到混合粉末；

二、將步驟一得到的混合粉末加入酒精，在球磨機(jī)中以200～400rpm的轉(zhuǎn)速球磨12～48h，得到懸濁液a；

三、將步驟二得到的懸濁液a烘干，得到粉末a，然后再將該粉末a放入管式爐中，在溫度為1100～1250℃的條件下保持3～6h，得到預(yù)燒粉末；

四、將步驟三得到的預(yù)燒粉末加入酒精，在球磨機(jī)中以200～400rpm的轉(zhuǎn)速球磨12～48h，得到懸濁液b；

五、將步驟四得到的懸濁液b烘干，得到粉末b，然后按20g粉末b加入1～3ml質(zhì)量百分濃度為5％～10％的聚乙烯醇溶液的比例，向粉末b中加入聚乙烯醇溶液，混合均勻后，加入模具中，壓制成預(yù)制體；

六、將步驟五中得到的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至500～700℃保溫2～5h，進(jìn)行排膠處理；

七、將步驟六中得到的排膠之后的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至1250～1500℃燒結(jié)3～8h，得到單相多鐵陶瓷材料。

本發(fā)明的單相多鐵陶瓷材料ba0.7ca0.3fetao3在室溫下是四方相結(jié)構(gòu)，屬于p4bm點(diǎn)群。在室溫下同時具有鐵磁性和鐵電性，是一種無鉛的磁性與鐵電性共存的單相多鐵陶瓷。本發(fā)明的制備方法簡單，不使用專用設(shè)備，不需要特殊氣氛燒結(jié)，可大規(guī)模制備。

本發(fā)明的單相多鐵陶瓷材料可用于電氣、電子領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1中得到的bcft陶瓷樣品的表面形貌圖。

圖2是實(shí)施例1中得到的bcft陶瓷樣品的表面形貌圖，是對圖1的局部放大圖。

圖3是實(shí)施例1中得到的bcft陶瓷樣品的斷面形貌圖。

圖4是實(shí)施例1中得到的bcft陶瓷樣品的x射線衍射圖譜(xrd)。

圖5是實(shí)施例1中得到的bcft陶瓷樣品在不同激勵電場下得到的電滯回線。

圖6是實(shí)施例1中得到的bcft陶瓷樣品測量得到的磁滯回線。

圖7是實(shí)施例2中得到的bcft陶瓷樣品的表面形貌圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的單相多鐵陶瓷材料的化學(xué)表達(dá)式為ba0.7ca0.3fetao3，且為棒狀晶粒構(gòu)成的陶瓷材料，簡寫為bcft。

本實(shí)施方式的單相多鐵陶瓷材料的晶粒棒的直徑為0.5～1μm，長度為5～20μm。

具體實(shí)施方式二：具體實(shí)施方式一所述的單相多鐵陶瓷材料的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：

一、將碳酸鋇(baco3)、碳酸鈣(caco3)、三氧化二鐵(fe2o3)和五氧化二鉭(ta2o5)粉末按照ba0.7ca0.3fetao3的化學(xué)計(jì)量比稱量并混合均勻，得到混合粉末；

二、將步驟一得到的混合粉末加入酒精，在球磨機(jī)中以200～400rpm的轉(zhuǎn)速球磨12～48h，得到懸濁液a；

三、將步驟二得到的懸濁液a烘干，得到粉末a，然后再將該粉末a放入管式爐中，在溫度為1100～1250℃的條件下保持3～6h，得到預(yù)燒粉末；

四、將步驟三得到的預(yù)燒粉末加入酒精，在球磨機(jī)中以200～400rpm的轉(zhuǎn)速球磨12～48h，得到懸濁液b；

五、將步驟四得到的懸濁液b烘干，得到粉末b，然后按20g粉末b加入1～3ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～10％的聚乙烯醇溶液的比例，向粉末b中加入聚乙烯醇溶液，混合均勻后，加入模具中，壓制成預(yù)制體；

六、將步驟五中得到的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至500～700℃保溫2～5h進(jìn)行排膠處理；

七、將步驟六中得到的排膠之后的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至1250～1500℃燒結(jié)3～8h，得到單相多鐵陶瓷材料。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二不同的是步驟三中烘干溫度為80℃～100℃；其它與具體實(shí)施方式二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二或三不同的是步驟三中的預(yù)燒溫度為1150℃，預(yù)燒時間為4h。其它與具體實(shí)施方式二或三相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二至四之一不同的是步驟五中的烘干溫度為80℃～100℃。其它與具體實(shí)施方式二至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二至五之一不同的是步驟五中預(yù)制體是在200～500mpa的壓強(qiáng)下保持1～5分鐘后得到的。其它與具體實(shí)施方式二至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二至六之一不同的是步驟六中排膠過程是在600℃保溫4h條件下進(jìn)行的。其它與具體實(shí)施方式二至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式二至七之一不同的是步驟七的燒結(jié)溫度為1300～1400℃，燒結(jié)時間為5～6h。其它與具體實(shí)施方式二至七之一相同。

用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：

實(shí)施例1：本實(shí)施例的單相多鐵陶瓷材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、按單相多鐵陶瓷材料ba0.7ca0.3fetao3的化學(xué)計(jì)量比稱取0.042mol的碳酸鋇(baco3)、0.018mol的碳酸鈣(caco3)、0.06mol的三氧化二鐵(fe2o3)和0.06mol的五氧化二鉭(ta2o5)粉末按并混合均勻，得到混合粉末；

二、將步驟一得到的混合粉末加入60ml酒精，在球磨機(jī)中以250rpm的轉(zhuǎn)速球磨24h，得到懸濁液a；

三、將步驟二得到的懸濁液a在80℃烘干，得到粉末a，然后再將該粉末a放入管式爐中，在溫度為1150℃的條件下保持4h，得到預(yù)燒粉末；

四、將步驟三得到的預(yù)燒粉末加入60ml酒精，在球磨機(jī)中以250rpm的轉(zhuǎn)速球磨24h，得到懸濁液b；

五、將步驟四得到的懸濁液b在80℃烘干，得到粉末b，然后向粉末b中加入2ml的質(zhì)量百分濃度為5％的聚乙烯醇溶液，混合均勻后，加入直徑為φ13mm的模具中，在400mpa的壓強(qiáng)下保持1分鐘壓制成厚度約為1.5mm的片狀預(yù)制體；

六、將步驟五中得到的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至600℃保溫4h進(jìn)行排膠處理，使得在步驟五中加入的聚乙烯醇完全去除；

七、將步驟六中得到的排膠之后的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至1400℃燒結(jié)4h，得到單相多鐵陶瓷材料。

實(shí)施例1制備出了成瓷效果較好的bcft陶瓷樣品。圖1是實(shí)施例1得到的bcft陶瓷樣品在掃描電子顯微鏡(sem)下的表面形貌圖，模式為二次電子模式。從sem圖片可以看出，bcft陶瓷的晶粒為微米級棒狀晶粒。圖2是圖1的局部放大圖。從圖中可以明顯地看出微米棒晶粒的直徑約為0.7～1μm，長度約為10～20μm，并且晶粒全部為微米棒晶粒。圖3是實(shí)施例1得到的bcf陶瓷樣品的斷面sem圖片。從斷面圖可以看出斷面也是呈現(xiàn)出和表面一致的微米級棒狀晶粒。

圖4是實(shí)施例1所得到的bcft陶瓷樣品的x射線衍射圖譜(xrd)。主相為四方相結(jié)構(gòu)，點(diǎn)群為p4bm，圖中標(biāo)出晶面指數(shù)是根據(jù)basrta4o12(pdf卡片號54-1163)的晶面指數(shù)標(biāo)出的。其中用倒三角標(biāo)出的兩個峰是少量的雜質(zhì)第二相bafeo3-x(pdf卡片號23-1024)的峰。

圖5是實(shí)施例1得到的bcft陶瓷樣品在不同激勵電場下的電滯回線。從圖中可以看出該陶瓷樣品具有一定的滯回特性，具有一定的鐵電性。

圖6是實(shí)施例1得到的bcft陶瓷樣品所測量得到的磁滯回線，說明樣品具有鐵磁性。矯頑力(2hc)為216oe，剩余磁化強(qiáng)度為0.72emu/g。

從圖5和圖6可知，本實(shí)施例制備的單相多鐵陶瓷材料ba0.7ca0.3fetao3在室溫下同時具有鐵磁性和鐵電性。

實(shí)施例2：本實(shí)施例的單相多鐵陶瓷材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、按單相多鐵陶瓷材料ba0.7ca0.3fetao3的化學(xué)計(jì)量比稱取0.042mol的碳酸鋇(baco3)、0.018mol的碳酸鈣(caco3)、0.06mol的三氧化二鐵(fe2o3)和0.06mol的五氧化二鉭(ta2o5)粉末按并混合均勻，得到混合粉末；

二、將步驟一得到的混合粉末加入60ml酒精，在球磨機(jī)中以250rpm的轉(zhuǎn)速球磨48h，得到懸濁液a；

三、將步驟二得到的懸濁液a烘干，得到粉末a，然后再將該粉末a放入管式爐中，在溫度為1200℃的條件下保持4h，得到預(yù)燒粉末；

四、將步驟三得到的預(yù)燒粉末加入60ml酒精，在球磨機(jī)中以250rpm的轉(zhuǎn)速球磨48h，得到懸濁液b；

五、將步驟四得到的懸濁液b在80℃烘干，得到粉末b，然后向粉末b中加入1ml的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％的聚乙烯醇溶液，混合均勻后，混合均勻后，加入直徑為φ13mm的模具中，在300mpa的壓強(qiáng)下保持1分鐘壓制成厚度為約1.5mm的片狀預(yù)制體；

六、將步驟五中得到的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至600℃保溫2h進(jìn)行排膠處理，使得在步驟五中加入的聚乙烯醇完全去除。

七、將步驟六中得到的排膠之后的預(yù)制體置于管式爐中，在空氣氣氛下升溫至1350℃燒結(jié)4h，得到單相多鐵陶瓷材料。

圖7是實(shí)施例2所得到的bcft陶瓷樣品的表面形貌圖，圖中可以看出該陶瓷樣品的晶粒也為微米級棒狀晶粒，直徑約為0.5～0.8μm，長度約為5～10μm。

本實(shí)施例制備的單相多鐵陶瓷材料ba0.7ca0.3fetao3在室溫下同時具有鐵磁性和鐵電性。