基高频层状磁电复合材料及其制备方法
【专利说明】
法
技术领域
[0001]本发明属于材料科学领域，涉及一种Ca(Zn1/3Nb2/3)03基高频层状磁电复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的不断发展，器件的小型化、多功能化，使得人们对集电性与磁性等于一身的多功能材料研宄兴趣不断高涨。因此，包括铁电介电材料和磁性材料在内的元器件的微型化和小型化是必然趋势，而集介电性与铁磁性于一体的磁电复合材料拥有相同的体积却可以在电路上拥有更多的功能。
[0003]微波介质陶瓷在高频下具有优良的介电性能(如介电常数、介电损耗)微波的频率高，可用频带宽，信息容量大，可以实现多路通信；微波的波长短，可以用较小的尺寸做出增益高、方向性强的天线，同时软磁中尖晶石类铁氧体的应用频率范围为0.001?300MHz，在其应用频率范围内具有高的品质因数Q，大的磁导率U。广泛应用于多路通讯电感器、微波器、磁性天线和记录磁头等。
[0004]磁电复合材料分为0-3型磁电复合材料和2-2型磁电复合材料。0-3型磁电复合材料是将不连续的铁电相(铁磁相)颗粒分散于三维连通的铁磁相(铁电相)中，按一定的比例混合，在一定温度下固相烧结，从而得到的颗粒磁电复合材料。此种结构简单，是研宄最早、应用最广的一种类型。但由于压电相(铁磁相)在铁磁(压电)基体中存在分散不均的问题，因而此种结构类型的材料磁电电压系数较低。现有的2-2型磁电复合材料由于热收缩率和烧结温度的问题，两相不易烧结在一起，容易产生分层，翘曲，断裂，导致磁电性能较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种Ca(Zn1/3Nb2/3)03基高频层状磁电复合材料及其制备方法，将介电铁磁相以层状复合的方式共烧在一起，可以有效地抑制两相之间的相互反应从而保持各自的特性，使制备的Ca (Znl73Nb273) O3基高频层状磁电复合材料既具有较好的介电性又具有较好的铁磁性。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]—种Ca(Zn1/3Nb2/3)03基高频层状磁电复合材料，该Ca (Zn 1/3Nb2/3) O3基高频层状磁电复合材料的化学式为:(1-X)Ca(Znv3Nb2Z3)CVxNia8Zna2Fe2O4,其中 x 为 Nia8Zna2Fe2O4的质量百分数，且0.1彡X彡0.4。
[0008]该Ca(Zn1/3Nb2/3)03S高频层状磁电复合材料的化学式为:(l_x)Ca(Zn i/3Nb2/3)O3/XNia8Zna2Fe2O4,其中 x 为 Nia8Zna2Fe2O4的质量百分数，且 0.1 彡 x 彡 0.2。
[0009]该Ca(Zn1/3Nb2/3)03S高频层状磁电复合材料的化学式为:(l_x)Ca(Zn i/3Nb2/3)O3/XNia8Zna2Fe2O4,其中 x 为 Nia8Zna2Fe2O4的质量百分数，且 x = 0.1。
[0010]Ca(Zn1/3Nb2/3)03S高频层状磁电复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0011](I)按化学式Ca(Zn1/3Nb2/3)(Vlf*析纯的CaCO 3、ZnO, Nb2O5配制后通过球磨混合均匀，然后过筛，压块，再经1150?1200°C预烧4?6小时，得到块状产品，然后将块状产品粉碎后过120目筛得到Ca(Zn1/3Nb2/3)0^M^ ;
[0012](2)按化学式Nia8Zna2Fe2O4将分析纯的Ni0、Zn0、Fe 203配制后通过球磨混合均匀，然后过筛，压块，再经1130?1150°C预烧4?6小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛得到Nia8Zna2Fe2O4粉体；
[0013](3)向Ca(Zn1/3Nb2/3)03粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的0&(2111/3恥2/3)03粉末；向Ni a8ZnQ.2Fe204粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的Nia8Zna2Fe2O4粉末；
[0014](4)按照化学式(1-x) Ca (Zn1Z3Nb2Z3)CVxNia8Zna2Fe2O4，其中 x 为 Nia8Zna2Fe2O4的质量百分数，且0.1彡X彡0.4，将Ca(Zn1/3Nb2/3)03粉末和Ni Cl8Zna2Fe2O4粉末按照2_2复合的皇层叠加排列方式在模具中压制成型；
[0015](5)排除PVA粘合剂后再于1250?1300 °C下烧结2?4小时成瓷，得到Ca (Znl73Nb273) O3基高频层状磁电复合材料。
[0016]所述步骤⑴、步骤(2)中球磨时间均为4?6小时。
[0017]所述步骤(3)中向0&(2111/3吣2/3)03粉体中加入？￥4粘合剂的质量为0&(2111/3吣2/3)O3粉体质量的8%?15%;向Ni Cl8Zna2Fe2O4粉体中加入PVA粘合剂的质量为Ni Cl8Zna2Fe2O4粉体质量的8%?15%。
[0018]所述PVA粘合剂为质量分数10%的聚乙烯醇水溶液。
[0019]所述步骤⑷中2-2复合的皇层叠加排列方式具体为:从上向下按照Ca(Zn1/3Nb2/3)03粉末、Ni Q.8ZnQ.2Fe204粉末、Ca (Zn 1/3Nb2/3) O3粉末的顺序皇叠在一起。
[0020]所述排除PVA粘合剂具体是:在温度为550-600°C下保温3?5小时。
[0021]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:本发明分别将Ca(Zn1/3Nb2/3)03粉体、Nitl 8Zna2Fe204粉体造粒后，按照2-2复合的皇层叠加排列方式在模具中压制成型，然后排出PVA粘合剂，在1250?1300°C下烧结，即可得到Ca(Zn1/3Nb2/3)O3基高频层状磁电复合材料。由于Ca(Zn1/3Nb2/3)03具有良好的烧结性能，本发明采用固相法制备Ca (Zn 1/3Nb2/3)03。由于铁磁材料Nia8Z%2Fe204烧结温度越高越致密，但其高频性能会降低，所以颗粒越小其磁性能相应提高。本发明中由于Ca(Zn1/3Nb2/3)03粉末、Ni Cl8Zna2Fe2O4粉末按照2_2复合的皇层叠加排列方式，将介电相和铁磁相以层状复合的方式共烧在一起，可以有效地抑制两相之间的相互反应从而保持各自的特性，使其既具有较好的介电性又具有较好的铁磁性。采用共烧的方式，避免了现有技术中直接将两相混合从而产生不可预料的相的问题，进而提高了磁电复合材料的性能，并且该方法仅仅将制得两种粉末压制成型后，排除PVA粘合剂，然后烧结，即可得到产品，所以制备方法简单易行。
[0022]本发明制得的磁电复合材料具有优异的介电以及磁电性能。当频率为10兆赫兹时，复合材料的磁导率达到4?17，磁损耗为0.5?2.5。复合材料介电常数达到16?32，介电损耗为0.5?7。复合材料的各组分的饱和磁化强度皿3为6.6?24.3emu/g。
[0023]另外，本发明采用将Ca(Zn1/3Nb2/3)03粉末和Ni Cl8Zna2Fe2O4粉末按照2_2复合的皇层叠加排列方式烧结在一起，层与层之间不需要粘合剂，因而应力应变的传递可以高效直接的完成。本发明制得的材料致密性良好，无明显大气孔存在，两相晶粒尺寸均匀，均在亚微米数量级，无明显的界面原子扩散现象，界面耦合较好，所以本发明能够保证磁电复合材料直接高效的磁-电-力转换效率，从而提高了复合材料的磁电转换性能。
【附图说明】
[0024]图1 为下(1-x)Ca(Znv3Nlv3)O3ZxNia8Zna2Fe2O4组分中当 x = 0.1，0.2，0.3，0.4时，复合陶瓷在1300°C烧结时的结构图。
[0025]图2 为室温下(l-x)Ca(Zn^Nb^tVxNiQ.sZnQ^FeWjii分中当 X = 10%时，复合陶瓷在1300°C烧结后界面的SEM图。
[0026]图3 为室温下(1-x) Ca(Zn1Z3Nb2Z3)CVxNia8Zna2Fe2O4组分中当 X = 20%时，复合陶瓷在1300°C烧结后界面的SEM图。
[0027]图4 为室温下(l-x)Ca (Zn^NbJtVxNiQ.sZnQ^FeWjii分中当 x = 30% 时，复合陶瓷在1300°C烧结后界面的SEM图。
[0028]图5 为室温下(l-x)Ca (Zn^NbJtVxNiQ.sZnQ^FeWjii分中当 x = 40% 时，复合陶瓷在1300°C烧结后界面的SEM图。
[0029]图6 为室温下