专利名称：一种具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于材料科学领域，涉及一种具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着信息、通讯和互联网技术的高速发展，要求高速数据和高电流密度的传输，电子线路日益向微型化、集成化的方向发展，这就对电子器件、整机和系统提出了小型化、轻量化和多功能化的要求。因此，包括电容器在内的元器件的微型化和小型化是必然趋势。而有效介电常数越大的材料，占用相同的资源能够获得更大的电容，从而满足各种电路上的功能。由于巨介电常数材料就能够使用更少的资源，占用更少的体积。因此，研究开发出高效的巨介电常数材料对于大规模集成电路技术的发展有着十分重要的意义。铁电 /铁磁复合材料兼有电容和电感两种特性，既能为电子器件中电容、电感部分的集成提供更多选择，又可以满足器件的小型化和集成化。与此同时，低温共烧陶瓷(LTCC)技术以其优异的电子、热机械和互联等特性逐渐成为目前无源集成的主流方式。铁电/铁磁复合材料与LTCC技术结合不仅有助于解决目前LTCC材料种类单一，性能没有实现系列化的问题，还能用单一材料同时实现电容和电感部分的功能，从而避免电容层和电感层材料共烧时可能出现的不匹配。然而，绝大多数具有巨介电常数磁电复合材料的烧结温度高达1300°C左右，无法达到LTCC技术要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烧结温度低，制备工艺简单的具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料及其制备方法。为达到上述目的，本发明具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料的反应合成表达式为 XBi4Ti3O12/(1-x)Nia37Cua2ciZna43Feh92O3J，其中 x 为 Bi4Ti3O12 的质量百分数，且O. 2 < X < O. 6，该复合材料在20赫兹时介电常数高达1300(Γ65000，I兆赫兹时的磁导率为8 55。本发明的制备方法，包括以下步骤I)将分析纯的Bi2O3和TiO2按化学通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，过筛，压块，经84(T860°C预烧4飞小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Bi4Ti3O12粉体；2)分析纯的 NiO，CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化学通式 Nia37Cua2tlZna43Feh92C^88 配制后球磨，烘干，过筛，压块，经80(T82(TC预烧4飞小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到 Ni。. 2tiZnQ. I3Fe1.9203.88 ^(体；3)将 Bi4Ti3O12 粉体和 Nia37Cua2tlZna43Feh9A88 粉体按 XBi4Ti3O12/(1_χ)Nia37Cua2ciZna43Feu2C^88表达式混合均匀得混合粉料，其中χ为Bi4Ti3O12的质量百分数，且O. 2 ^ X ^ O. 6 ；
4)向混合粉料中加入混合粉料质量份数8% 15%的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；5)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550°C，保温4个小时排除粘合剂PVA，在94(T950°C烧结2 4个小时成瓷，得到具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料。所述的PVA粘合剂采用质量份数为5%的聚乙烯醇水溶液。本发明的目的制备方法烧结温度低，烧结温度为950 V，具有巨介电常数，20赫兹时介电常数高达1300(Γ65000，磁导率较高，I兆赫兹时的磁导率为8 55。
图I 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 20%, Ni0.37Cu0.20Zn0.43FeL9203.88 的质量比为 80%,烧结温度为940°C，保温4小时制备的复合材料的XRD图。
图2 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 40%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 60%,烧结温度为945°C，保温3小时制备的复合材料的XRD图。图3 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 60%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 40%,烧结温度为950°C，保温2小时制备的复合材料的XRD图。图4 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 20%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 80%,烧结温度为940°C，保温4小时制备的复合材料的介频图。图5 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 40%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 60%,烧结温度为945°C，保温3小时制备的复合材料的介频图。图6 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 60%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 40%,烧结温度为950°C，保温2小时制备的复合材料的介频图。图7 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 20%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 80%,烧结温度为940°C，，保温4小时制备的复合材料的磁性能。图8 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 40%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 60%,烧结温度为945°C，保温3小时制备的复合材料的磁性能。图9 为当 Bi4Ti3O12 的质量比为 60%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的质量比为 40%,烧结温度为950°C，保温2小时制备的复合材料的磁性能。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例I :I)将分析纯的Bi2O3和TiO2按化学通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，过筛，压块，经840°C预烧6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Bi4Ti3O12粉体；2)分析纯的 NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化学通式 Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.92 03.88 配制后球磨，烘干，过筛，压块，经820°C预烧4小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到
Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕体；3 )按质量百分比取 20% 的 Bi4Ti3O12 粉体和 80% 的 Ni0.37Cu0.20Zn0.43FeL 92 03.88 粉体混合均匀得混合粉料；4)向混合粉料中加入混合粉料质量份数8%的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；所述的PVA粘合剂采用质量份数为5 %的聚乙烯醇水溶液；5)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550°C，保温4个小时排除粘合剂PVA，在940°C烧结4小时成瓷，得到具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料。由图I可以看出，本实施例制备的复合材料中只含有Bi4Ti3O12和Ni。. 37CU0. 2(|Zn0. 43pei. 92。3. 88 两相，无其匕杂相存在。由图4可以看出，本实施例制备的复合材料具有巨介电常数效应，20赫兹时介电常数为32500。由图7可以看出，本实施例制备的复合材料有较好的磁性，I兆赫兹时的磁导率为55。·
实施例2 I)将分析纯的Bi2O3和TiO2按化学通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，过筛，压块，经850°C预烧5小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Bi4Ti3O12粉体；2)分析纯的 NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化学通式 Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.92 03.88 配制后球磨，烘干，过筛，压块，经800°C预烧6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到
Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕体；3 )按质量百分比取 40% 的 Bi4Ti3O12 粉体和 60% 的 Ni。. 37Cu0.20Zn0.43FeL 92 03.88 粉体混合均匀得混合粉料；4)向混合粉料中加入混合粉料质量份数12 %的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；所述的PVA粘合剂采用质量份数为5 %的聚乙烯醇水溶液；5)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550°C，保温4个小时排除粘合剂PVA，在945°C烧结3小时成瓷，得到具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料。由图2可以看出，本实施例制备的复合材料中只含有Bi4Ti3O12和Ni。. 37CU0. 2(|Zn0. 43pei. 92。3. 88 两相，无其匕杂相存在。由图5可以看出，本实施例制备的复合材料具有巨介电常数效应，20赫兹时介电常数为65000。由图8可以看出，本实施例制备的复合材料有较好的磁性，I兆赫兹时的磁导率为22。实施例3 I)将分析纯的Bi2O3和TiO2按化学通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，过筛，压块，经860°C预烧4小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Bi4Ti3O12粉体；2)分析纯的 NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化学通式 Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.92 03.88 配制后球磨，烘干，过筛，压块，经810°C预烧5小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到
Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕体；3 )按质量百分比取 60% 的 Bi4Ti3O12 粉体和 40% 的 Ni。. 37Cu0.20Zn0.43FeL 92 03.88 粉体混合均匀得混合粉料；4)向混合粉料中加入混合粉料质量份数15 %的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合剂采用质量份数为5 %的聚乙烯醇水溶液；5)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550°C，保温4个小时排除粘合剂PVA，在950°C烧结2小时成瓷，得到具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料。由图3可以看出，本实施例制备的复合材料中只含有Bi4Ti3O12和Ni。. 37CU0. 2(|Zn0. 43pei. 92。3. 88 两相，无其匕杂相存在。
由图6可以看出，本实施例制备的复合材料具有巨介电常数效应，20赫兹时介电常数为13000。由图9可以看出，本实施例制备的复合材料有较好的磁性，I兆赫兹时的磁导率为
8.8 ο
权利要求
1.一种具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料，其特征在于该复合材料的反应合成表达式为 XBi4Ti3O12/(I-X) Nia37Cua2tlZna43Feh9A88，其中 x 为 Bi4Ti3O12 的质量百分数，且O.X^O. 6,该复合材料在20赫兹时介电常数高达1300(Γ65000，I兆赫兹时的磁导率为8 55。
2.一种具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 O将分析纯的Bi2O3和TiO2按化学通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，过筛，压块，经84(T860°C预烧4 6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Bi4Ti3O12粉体；2)分析纯的NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化学通式 Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fei.92 03.88 配制后球磨，烘干，过筛，压块，经80(T82(TC预烧4飞小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕体； 3)将Bi4Ti3O12 粉体和 Nia37Cua2ciZna43Feh92C^88 粉体按 XBi4Ti3O12/(l_x)Nia37Cua2ciZna43Feu2C^88表达式混合均匀得混合粉料，其中x为Bi4Ti3O12的质量百分数，且O.2 ^ X ^ O. 6 ； 4)向混合粉料中加入混合粉料质量份数8% 15%的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末； 5)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550°C，保温4个小时排除粘合剂PVA，在94(T950°C烧结2 4个小时成瓷，得到具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料。
3.根据权利要求2所述的有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料的制备方法，其特征在于所述的PVA粘合剂采用质量份数为5%的聚乙烯醇水溶液。
全文摘要
一种具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料及其制备方法，将Bi2O3和TiO2混合球磨，烘干，过筛，压块，预烧，然后粉碎后过120目筛得到Bi4Ti3O12粉体；将NiO，CuO，ZnO和Fe2O3混合后球磨，烘干，过筛，压块，预烧，粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；将Bi4Ti3O12粉体和Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体混合均匀得混合粉料，向混合粉料中加入PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；将复合材料的混合粉末按需要压制成型，排除粘合剂PVA，在940~950℃烧结成瓷，得到具有巨介电常数的低温共烧磁电复合材料。复合材料在20赫兹时介电常数高达13000~65000，1兆赫兹时的磁导率为8~55。
文档编号C04B35/64GK102898132SQ20121039795
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者杨海波, 杨艳艳, 林营, 朱建锋, 王芬 申请人:陕西科技大学