复合陶瓷的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种复合陶瓷的制备方法。
【背景技术】
[0002] 铋层状钙钛矿结构BiFe03是单相多铁材料中为数不多的，同时具有铁电性与反铁 磁性的多铁性材料，因其具有较高的居里温度(Tc~830 °C )、反铁磁尼尔温度(TN~370 °C ) 和高自发极化值(~l〇〇yC · cnf2)而成为首选的室温下可以应用的磁电材料。而且这种磁和 电的相互调控作用在转换器、振荡器、存储器尤其是多态存储器等器件上有相当好的应用 前景。但是BiFe〇3本身存在着一定的缺陷与攻克难关，比如室温下不能表现出很好的磁电 耦合效应，合成过程中存在杂相等，尤其是BiFe0 3的漏电流问题，一直是近年来很多研究多 铁陶瓷学者需要攻克的一个很大的难关。
[0003] 目前，很多学者通过元素掺杂改性，薄膜制备，及复合材料制备等方法来对单相多 铁材料的漏电流问题进行解决，并对其性能等进行提高，从而提高其磁电耦合性能。基于这 些方法有不少学者已经制备出了铁电性能优异的BiFe0 3陶瓷。但是这些方法的制备工艺相 对比较复杂，且对设备的要求高，成本较高。
【发明内容】
[0004] 本发明是要解决传统方法制备多铁性（l-y^iFeOs-yBihRxFeOs复合陶瓷致密化 低、漏电流大的问题，提供一种高致密化多铁性（l-y^iFeOs-yBh-xRxFeOs复合陶瓷的制备 方法。
[0005] 本发明高致密化多铁性（l-y^iFeOs-yBh-xRxFeOs复合陶瓷的制备方法，按以下步 骤进行：
[0006] -、BiFe03纯相粉体的制备：
[0007] ①依照BiFe〇3陶瓷化学式，按化学计量比称量铋盐和铁盐，分别融解于1~3mol/L 的硝酸溶液中，强烈搅拌30min，得到铋盐溶液和铁盐溶液，由于铋元素的挥发性，Bi过量 1 %~10% ;②将溶解完全、均匀的铋盐溶液倒入铁盐溶液，强烈搅拌2~3h，得到铋铁溶液； ③将溶解完全、均匀的铋铁溶液和2.5mo 1 /L的氨水向预沉淀环境中共同滴定，滴定速率均 为45~55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8~12的氨水;④将所得沉淀进行强烈搅拌1~ 3h，然后静置，离心，于80°C烘干12~15h;⑤将烘干的沉淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以 5~8°C/min升温至550°C并保温1~3h，随炉冷却至室温，得到BiFe0 3纯相粉体；
[0008] 二、Bh-xRxFeOs纯相粉体的制备：
[0009]①依照化学式Bh-xRxFe03,其中0〈x〈0.4，R为钕元素、镧元素、镝元素或铈元素，按 化学计量比称量铋盐、R盐和铁盐，分别溶解于1~3mol/L的硝酸溶液中，强烈搅拌30min，得 到铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液，由于铋元素的挥发性，Bi过量1 %~10% ;②将溶解完全、 均匀的铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液混合，强烈搅拌2~3h，得到铋R铁溶液;③将溶解完 全、均匀的铋R铁溶液与2.5mol/L的氨水向预沉淀环境中共同滴定，滴定速率均为45~55 滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8~12的氨水;④将所得沉淀进行强烈搅拌1~3h，然后 静置，离心，于80°C烘干12~15h;⑤将烘干的沉淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5~8°C/ min升温至550°C并保温1~3h，随炉冷却至室温，得到Bii-xRxFeOs纯相粉体；
[0010] 三、（l-y^iFeOryBii-xRxFe03复合陶瓷粉体的制备：
[0011 ]将步骤一的BiFe〇3纯相粉体与步骤二的Bii-xRxFe〇3纯相粉体按照（l_y) :y的物质 的量比进行配料，其中〇〈y〈l，得到混合配料；
[0012] 四、向步骤三得到的混合配料中加入氧化锆球和无水乙醇，进行球磨混料，混合配 料、氧化锆球和无水乙醇的质量比为1: 3 :1，球磨混料时间为12h以上；球磨速率为300~ 450r/min，其中无水乙醇2分析纯；
[0013] 五、将球磨混合后的粉末放入80 °C烘箱中干燥8~12h，将干燥后的粉末研磨，造 粒，并将造粒后的干燥粉体依次过2~3种不同目数的筛子，筛子的目数依次增大，相邻筛子 的目数相差50~60目，所有筛子是目数范围均在100~200目，制备得到流动性好，颗粒尺寸 大小不均的混合粉体；
[0014] 此处造粒是为了增加粉体的流动性，过不同筛子是为了增加粉体颗粒大小不均的 比例，这两种方法均是提高陶瓷致密化的重要步骤；
[0015] 六、将过筛后的粉体在150~200MPa的压力下，预压成直径为10mm、厚度为0.9~ 1.5mm后的圆片，然后于200MPa冷等静压处理，制备成致密化较高的陶瓷坯体;然后进行排 胶，具体是先以〇.5°C/min升温至200°C，再以TC/min升温至550°C，然后保温2h，得到成型 后的圆片状坯体；
[0016] 七、a-y^iFeOs-yBii-xRxFe〇3复合陶瓷块体的制备：
[0017] 将成型后的圆片状坯体进行烧结，烧结气氛为空气、氧气或氩气，烧结温度为800 ~900°C，升温速率为5~20°C/min，保温时间为10~60min，保温结束后立即取出，并用90°C 热水进行淬火处理，制备成陶瓷块体；
[0018] 八、将步骤七制备得陶瓷块体进行砂纸打磨，将打磨后的陶瓷块体磨碎，再进行造 粒，造粒方法同步骤五，将造粒完的粉体静置8~15h，使其充分干燥，然后过100目筛，150~ 200MPa的压力下压制陶瓷坯体;然后进行排胶，具体是先以0.5°C/min升温至200°C，再以1 °C/min升温至550°C，然后保温2h，得到排胶后的陶瓷坯体；
[0019] 九、将步骤八得到的排胶后的陶瓷坯体按照步骤七中的方法进行二次烧结，即得 到高致密化多铁性（l-y^iFeOs-yBii- xRxFe03复合陶瓷。
[0020] 本方法制备得到的复合多铁性陶瓷的组成通式是：（l-yWiFeOs-yBii-xR xFe〇3，其 中：Bi为祕元素，R为钕元素、镧元素、镝元素或铺元素，Fe为铁元素，0为氧元素;0〈x〈0.4，0〈 y〈l，x、y均为摩尔分数。
[0021] 步骤一中所有化学试剂均在分析纯以上；
[0022] 步骤一①中所述铋盐为硝酸铋或次硝酸铋，铁盐为硝酸铁；
[0023] 步骤一中搅拌速率为150~300r/min;
[0024] 步骤一③铋铁溶液与2.5mol/L的氨水在lmin内滴定的体积比为10: (7~15);
[0025] 步骤二中所述的祕盐为硝酸祕或次硝酸祕，铁盐为硝酸铁，R盐为钕盐、镧盐、镝盐 或铈盐，其中钕盐为硝酸钕，镧盐为硝酸镧，镝盐为硝酸镝，铈盐为硝酸铈，其纯度均在分析 纯以上。
[0026] 步骤二中搅拌速率为150~300r/min;
[0027] 步骤二③中铋R铁溶液与2.5mo 1 /L的氨水在lmin内滴定的体积比为10: (7~15)
[0028] 二次烧结可以使晶粒生长完全，晶粒增大，增强结晶性，修复晶格缺陷，增强陶瓷 的致密性，减少漏电流，提高其铁电性能。凡是关于二次烧结或多次烧结的方法均在本技术 的保护范围之内。
[0029]本发明的有益效果：
[0030]本发明在传统多铁复合陶瓷制备的基础之上，根据（l-y^iFeOs-yBii-xRxFe0 3复合 陶瓷的配比，通过气氛保护与二次烧结工艺，制备出了相对致密度高达79.89 %陶瓷坯体， 二次烧结陶瓷块体的相对致密度也可以高达97.56 %，而初次烧结的陶瓷坯体相对致密度 不足65%，陶瓷块体相对致密度也不足95% ;并且其漏电流从初次烧结的大于10-