专利名称：铁钛酸铋多铁材料及溶胶凝胶制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铁钛酸铋多铁材料及溶胶凝胶制备方法，属于电子陶瓷领域。
背景技术：
多铁材料是指同一个相中包含两种或两种以上初级铁性体(铁电体、铁磁体和铁弹体)基本性能的材料。基于多铁性材料特有的性质，可以设计出用快速电极化诱导快速磁极化反转的电写磁读的记忆材料，为下一代多功能电子学信息记录器件的设计提供了一个额外的自由度。Bii^eO3是少数在室温条件下同时具有铁电性与弱铁磁性的单相磁电多铁材料，其铁电相变的居里温度远高于室温，为830°C ；反铁磁相变的奈尔温度为380°C。Bii^eO3的这一特殊性质使其在磁性和铁电器件领域具有重要的应用前景但由于BWeO3陶瓷在制备过程中容易产生大量的氧空位，铁的价态也会发生波动，从而使BWeO3陶瓷漏电流增大，电阻率减小，难以得到饱和的电滞回线。文献“郑朝丹，张端明，刘心明，刘超军，余春荣，于军，Ti 掺杂Bii^eO3陶瓷的结构和铁电性能研究，无机材料学报24 ) :745-747，2009”采用利用钛掺杂制备了漏电流小的铁钛酸铋陶瓷，然而由于其采用的是固相反应工艺，因此钛离子的固溶度很小，成分均勻度差，而且很容易形成Bi4Ti3O12等第二相，从而恶化材料的性能。
发明内容
为了克服现有技术中钛离子固溶度小以及材料成分均勻性的问题，本发明提供了一种高浓度钛离子掺杂、高均勻度钛铁酸铋陶瓷的溶胶凝胶工艺，采用硝酸铁、硝酸铋与钛酸丁酯复合形成铁酸铋固溶体，使其掺杂浓度和电学性能都得到了大大的提高。本发明的技术方案是铁钛酸铋多铁材料的化学组成通式为Bi (FexTi1J O3，其中0 < χ < 0. 8，χ为摩尔分数。具体制备方法为(1)将分析纯级柠檬酸和硝酸铁先后溶于去离子水或者无水乙醇中，柠檬酸的物质的量为硝酸铁的4-12倍，去离子水或者无水乙醇的质量为柠檬酸的5-20倍；(2)搅拌步骤(1)所得的溶液并加热到50-95摄氏度，持续0. 5_5小时，得到溶胶；(3)使用氨水调节溶胶的PH值到0. 1-5 ；(4)保持步骤O)的温度，加入与步骤(1)中硝酸铁相同物质的量的硝酸铋，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Bi (OH) 3沉淀，得到含铋的溶胶；(5)按照Bi (FexTi1JO3的化学计量比，其中0 < χ < 0. 8，χ为摩尔分数，往步骤 (4)所得的溶胶中加入相应物质的量的钛酸丁酯，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Ti(OH)JX 淀，得到含钛的溶胶；(6)将步骤(5)所得的溶胶置于烘箱中，于80-140摄氏度脱水5-Μ小时，得到干凝胶；
(7)将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在300-800摄氏度煅烧0. 2_4小时，得到钛铁酸铋粉体。本发明的有益效果是采用溶胶凝胶方法制备了钛铁酸铋多铁陶瓷粉体，不仅大大提高了钛在铁酸铋中的固溶度和成分的均勻性，而且还有效地减少了第二相的生成。钛离子的半径为0. 0605nm,略小于三价铁的半径0. 0645nm,这使得钛离子离子能很容易地进入铁氧八面体。高价位的钛离子部分取代二价或者三价铁，还能有效抑制氧空位的生成 ’另外，钛离子为d 0轨道，容易与氧的2p轨道发生杂化，从而增强铁电畸变。通过对该粉体制备的钛铁酸铋陶瓷的研究，结果表明其铁电铁磁性能明显优于固相反应制备的钛铁酸铋陶瓷。
图1为本发明Bi (Fea98Tiatl2)O3粉体的红外图谱。图2为本发明Bi (Fea7tlTia3)O3粉体的红外图谱。图3为本发明Bi (Fea50Tia50)O3粉体的XRD图谱。
具体实施例方式实施例1 用分析纯级的硝酸铁、硝酸铋、钛酸丁酯、柠檬酸作为原料，按化学计量比为 Bi (Fea98Tiatl2)O3进行称量配料。将柠檬酸和硝酸铁先后溶于去离子水中，柠檬酸的物质的量为硝酸铁的4倍，去离子水的质量为柠檬酸的8倍；搅拌并加热到70摄氏度，持续1小时； 使用氨水调节溶胶的PH值到1 ；加入与硝酸铁相同物质的量的硝酸铋，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Bi (OH) 3沉淀，得到含铋的溶胶；按照Bi (Fea98Tiatl2) O3的化学计量比，加入相应物质的量的钛酸丁酯，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含钛的溶胶；将溶胶置于烘箱中，于90摄氏度脱水14小时，得到干凝胶；将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在400 摄氏度煅烧1时，得到钛铁酸铋粉体。图1给出了 Bi(Fq98Tiatl2)O3陶瓷的红外图谱。实施例2:用分析纯级的硝酸铁、硝酸铋、钛酸丁酯、柠檬酸作为原料，按化学计量比为 Bi (Fea7tlTia3)O3进行称量配料。将柠檬酸和硝酸铁先后溶于无水乙醇中，柠檬酸的物质的量为硝酸铁的5倍，无水乙醇的质量为柠檬酸的7倍；搅拌并加热到60摄氏度，持续0. 6小时；使用氨水调节溶胶的PH值到1 ；加入与硝酸铁相同物质的量的硝酸铋，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Bi (OH)3沉淀，得到含铋的溶胶；按照Bi (Fea98Tiatl2)O3的化学计量比，加入相应物质的量的钛酸丁酯，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含钛的溶胶；将溶胶置于烘箱中，于90摄氏度脱水8小时，得到干凝胶；将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在500 摄氏度煅烧0. 5小时，得到钛铁酸铋粉体。图2给出了 Bi (Fe0.70Ti0.3)03陶瓷的红外图谱。实施例3 用分析纯级的硝酸铁、硝酸铋、钛酸丁酯、柠檬酸作为原料，按化学计量比为 Bi (Fea5tlTia5tl)O3进行称量配料。将柠檬酸和硝酸铁先后溶于去离子水中，柠檬酸的物质的量为硝酸铁的8倍，去离子水的质量为柠檬酸的12倍；搅拌并加热到85摄氏度，持续2小时；使用氨水调节溶胶的PH值到1 ；加入与硝酸铁相同物质的量的硝酸铋，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Bi (OH)3沉淀，得到含铋的溶胶；按照Bi (Fea5tlTia5tl)O3的化学计量比，加入相应物质的量的钛酸丁酯，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含钛的溶胶；将溶胶置于烘箱中，于120摄氏度脱水16小时，得到干凝胶；将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在 600摄氏度煅烧2小时，得到钛铁酸铋粉体。图3给出了 Bi (Fe0.50Ti0.50) O3陶瓷的XRD图谱。
权利要求
1.一种铁钛酸铋多铁材料，其特征在于铁钛酸铋多铁材料的化学组成通式为 Bi (FexTi1J O3，其中0 < χ < 0. 8，χ 为摩尔分数。
2.如权利要求1所述的铁钛酸铋多铁材料的制备方法，其特征在于具体步骤为(1)将分析纯级柠檬酸和硝酸铁先后溶于去离子水或者无水乙醇中，柠檬酸的物质的量为硝酸铁的4-12倍，去离子水或者无水乙醇的质量为柠檬酸的5-20倍；(2)搅拌步骤(1)所得的溶液并加热到50-95摄氏度，持续0.5-5小时，得到溶胶；(3)使用氨水调节溶胶的PH值到0.1-5 ；(4)保持步骤(2)的温度，加入与步骤⑴中硝酸铁相同物质的量的硝酸铋，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Bi (OH) 3沉淀，得到含铋的溶胶；(5)按照Bi(FexTi1JO3的化学计量比，其中0 < χ < 0. 8，χ为摩尔分数，往步骤(4) 所得的溶胶中加入相应物质的量的钛酸丁酯，边缓慢滴加，边搅拌，防止有Ti (OH)4沉淀，得到含钛的溶胶；(6)将步骤(5)所得的溶胶置于烘箱中，于80-140摄氏度脱水5-M小时，得到干凝胶；(7)将干凝胶研碎，置于马弗炉中，在300-800摄氏度煅烧0.2-4小时，得到钛铁酸铋粉
全文摘要
本发明公开了铁钛酸铋多铁材料及溶胶凝胶制备方法。铁钛酸铋多铁材料的化学组成通式为Bi(FexTi1-x)O3，其中0＜x＜0.8，x为摩尔分数。将分析纯级的硝酸铁、硝酸铋、钛酸丁酯、柠檬酸作为原料，按化学计量比为Bi(FexT1-x)O3进行称量配料配料，经过溶解、调节pH值、制成溶胶、制成凝胶、干燥以及煅烧等工序，最终制备钛含量高、成分均匀的铁钛酸铋陶瓷粉体。本发明方法采用溶胶凝胶方法制备了钛铁酸铋多铁陶瓷粉体，有效地提高了钛在铁酸铋中的固溶度和成分的均匀性，为制备低漏电流和高的铁电铁磁性能的铁钛酸铋陶瓷提供了技术基础。
文档编号C04B35/26GK102173763SQ201110006210
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者刘来君, 方亮, 李芸华, 胡长征, 苏聪学, 黄延民 申请人:桂林理工大学