专利名称：铁酸铋-铌铁酸铋钠多铁陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铁磁-铁电性能优良的铁酸铋-铌铁酸铋钠陶瓷及其制备方法， 属于电子陶瓷领域。
背景技术：
铁酸铋同时具有铁电性和铁磁性，可由电场诱导产生磁场，同时磁场也可以诱发电极化，即磁电效应。这种磁和电的相互控制在信息储存方面，自旋电子器件方面，磁传感器以及电容-电感一体化器件方面都有极其重要的应用前景[Dibyaranjan Rout, Kyoung-Seok Moon, Suk-Joong L. Kang, Temperature-dependent Raman scattering studies of polycrystalline BiFe03bulk ceramics, Journal of Raman Spectroscopy, (2009)40 :618-626]。当前铁酸铋陶瓷存在的主要问题有铁酸铋合成温度范围窄，容易分解；铋容易挥发；铁容易变价；陶瓷的漏电导过高；与其他钙钛矿材料形成固溶体后由于铁酸铋含量的减少而导致铁磁性能的恶化等等。
发明内容
为了克服现有技术中铁酸铋工艺性能和铁磁性能差等问题，本发明提供了一种铁电-铁磁性能优良的铁酸铋钠-铌铁酸铋钠陶瓷及其制备方法，采用铌铁酸铋钠与铁酸铋复合形成固溶体和高温入炉工艺，使其铁磁性能和工艺性能都得到了大大的提高。本发明的技术方案是铁酸铋-铌铁酸铋钠多铁陶瓷的化学组成通式为(1-x) BiFeO3-X (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3,其中:0<x<0.6,x 为摩尔分数。具体制备方法为(1)首先将三氧化二铁、三氧化二铋、碳酸钠、五氧化二铌，按化学计量比为 (Bia5Naa5) (NbaPea5)O3配料，采用传统固相合成工艺制备出铌铁酸铋钠陶瓷粉体；再以三氧化二铁、三氧化二铋、铌铁酸铋钠为原料，按化学计量比为(I-X)BiFeO3-X(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3 配料，其中0 < χ < 0.6 ；(2)将步骤(1)配好的料放入球磨机中混料，要求混合均勻，得到球磨料；(3)采用气流喷雾造粒机对球磨料进行造粒，得到颗粒直径为0. 001 1毫米的粉体颗粒；(4)将步骤(3)得到的粉体颗粒放入压机中压制成陶瓷坯体；(5)将步骤(4)成型的坯体放入炉中排胶，排胶结束以后，随炉冷却，得到素片；(6)炉子预先升温至750 1100°C，将素片放入烧结炉中，保温0. 1 1小时，然后取出，制得铁酸铋-铌铁酸铋钠陶瓷。本发明的有益效果是由于采用了铌铁酸铋钠作为第二相与铁酸铋形成固溶体， 由于第二相中含有铋元素和铁元素，因此与其他钙钛矿化合物相比，相同的固溶量情况下，该固溶体系中含有更多的铋和铁，因此既不会降低铁酸铋的磁性能，还会大大提高铁酸铋体系的工艺稳定性、介电性能和铁电性能。采用高温入炉、短时间保温工艺，可以大大减少杂相的出现。因此本发明不仅改善了铁酸铋的陶瓷的介电常数低和工艺不稳定等问题，而且还获得了铁电和铁磁性能均良好的多铁材料。
图 1 为本发明 0. 98BiFe03"0. 02 (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5Fe图 2 为本发明 0. 80BiFe03-0. 20 (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5Fe图 3 为本发明 0. 45BiFe03-0. 55 (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5FeQ.5) O3陶瓷的介电温谱。 Q.5)O3陶瓷的介电温谱。 Q.5)O3陶瓷的介电温谱。
具体实施例方式实施例1 将三氧化二铁、三氧化二铋、碳酸钠、五氧化二铌，按化学计量比为(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用传统固相合成工艺制备出铌铁酸铋钠陶瓷粉体；再以三氧化二铁、三氧化二铋、铌铁酸铋钠为原料，按化学计量比为0. 98BiFe03-0. 02 (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3配料。将配好的料放入球磨机中混料，要求混合均勻，得到球磨料；采用气流喷雾造粒机对球磨料进行造粒，得到颗粒直径为0. 001 1毫米的粉体颗粒；将得到的粉体颗粒放入压机中压制成陶瓷坯体；将成型的坯体放入炉中排胶，排胶结束以后，随炉冷却，得到素片；将素片放入预先升至800°C烧结炉中，保温0. 1小时，然后取出，制得 0. 98BiFe03-0. 02 (Bi0 5Na0 5) (Nb0.5Fe0.5) O3 陶瓷。图 1 给出了 0. 98BiFe03_0· 02 (Bi0.5Na0.5) (Nb。.5Fe0.5)O3陶瓷的介电温谱。实施例2 将三氧化二铁、三氧化二铋、碳酸钠、五氧化二铌，按化学计量比为(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用传统固相合成工艺制备出铌铁酸铋钠陶瓷粉体；再以三氧化二铁、三氧化二铋、铌铁酸铋钠为原料，按化学计量比为0. 80BiFe03-0. 20 (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3配料。将配好的料放入球磨机中混料，要求混合均勻，得到球磨料；采用气流喷雾造粒机对球磨料进行造粒，得到颗粒直径为0. 001 1毫米的粉体颗粒；将得到的粉体颗粒放入压机中压制成陶瓷坯体；将成型的坯体放入炉中排胶，排胶结束以后，随炉冷却，得到素片；将素片放入预先升至950°C烧结炉中，保温0.7小时，然后取出，制得 0. 80BiFe03-0. 20 (Bi0 5Na0 5) (Nb0.5Fe0.5) O3 陶瓷。图 2 给出了 0. 80BiFe03_0· 20 (Bi0.5Na0.5) (Nb。.5Fe0.5)O3陶瓷的介电温谱。实施例3 将三氧化二铁、三氧化二铋、碳酸钠、五氧化二铌，按化学计量比为(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用传统固相合成工艺制备出铌铁酸铋钠陶瓷粉体；再以三氧化二铁、三氧化二铋、铌铁酸铋钠为原料，按化学计量比为0. 45BiFe03-0. 55 (Bi0.5Na0.5) (Nba5Fea5)O3配料。将配好的料放入球磨机中混料，要求混合均勻，得到球磨料；采用气流喷雾造粒机对球磨料进行造粒，得到颗粒直径为0. 001 1毫米的粉体颗粒；将得到的粉体颗粒放入压机中压制成陶瓷坯体；将成型的坯体放入炉中排胶，排胶结束以后，随炉冷却，得到素片；将素片放入预先升至1100°C烧结炉中，保温1小时，然后取出，制得0. 45BiFe03-0. 55 (Bi0 5Na0 5) (Nb0.5Fe0.5) O3 陶瓷。图 3 给出了 0. 45BiFe03_0. 55 (Bi0.5Na0.5) (Nb。.5Fe0.5)O3陶瓷的介电温谱。
权利要求
1.一种铁酸铋-铌铁酸铋钠多铁陶瓷，其特征在于化学组成通式为(I-X) BiFeO3-X (Bi0.5Na0.5) (Nb0.5FeQ.5) 03，其中0 < χ < 0. 6, χ 为摩尔分数。
2.如权利要求1所述的铁酸铋-铌铁酸铋钠多铁陶瓷的制备方法，其特征在于制备方法为(1)首先将三氧化二铁、三氧化二铋、碳酸钠、五氧化二铌，按化学计量比为(Bia5Naa5) (Nba5Fea5)O3配料，采用传统固相合成工艺制备出铌铁酸铋钠陶瓷粉体；再以三氧化二铁、 三氧化二铋、铌铁酸铋钠为原料，按化学计量比为(I-X)Bii^eO3-X(Bia5Naa5) (Nbtl5Fea5)O3 配料，其中0 < χ < 0. 6 ；(2)将步骤(1)配好的料放入球磨机中混料，要求混合均勻，得到球磨料；(3)采用气流喷雾造粒机对球磨料进行造粒，得到颗粒直径为0.001 1毫米的粉体颗粒；(4)将步骤( 得到的粉体颗粒放入压机中压制成陶瓷坯体；(5)将步骤(4)成型的坯体放入炉中排胶，排胶结束以后，随炉冷却，得到素片；(6)炉子预先升温至750 1100°C，将素片放入烧结炉中，保温0.1 1小时，然后取出，制得铁酸铋-铌铁酸铋钠陶瓷。
全文摘要
本发明公开了铁酸铋-铌铁酸铋钠多铁陶瓷及其制备方法。其化学组成通式为(1-x)BiFeO3-x(Bi0.5Na0.5)(Nb0.5Fe0.5)O3，其中0＜x＜0.3，x为摩尔分数。将三氧化二铁、三氧化二铋、碳酸钠、五氧化二铌，预先合成铌铁酸铋钠粉体，然后按化学计量比为(1-x)BiFeO3-x(Bi0.5Na0.5)(Nb0.5Fe0.5)O3配料，其中0＜x＜0.6；经过球磨、成型、排胶、高温烧结等工序，最终制备具有良好铁电-铁磁性能的铁酸铋-铌铁酸铋钠多铁陶瓷。本发明方法改善了铁酸铋的陶瓷的介电常数低和工艺不稳定等问题，获得了铁电和铁磁性能均良好的多铁材料。
文档编号C04B35/622GK102173766SQ20111000626
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