专利名称：具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种新型具有六层状钙钛矿结构的钛铁钴酸铋陶瓷材料及其制备方法，属于氧化物陶瓷材料技术领域。
背景技术：
磁电多铁材料是指在某个温区内，同时表现出铁电序和铁磁/反铁磁序，且彼此之间存在某种耦合的材料。近来，这种材料日益受到瞩目，一方面因为其不但可以用在铁电和磁性设备的研发上，更为重要的是它能利用磁电之间的耦合，为设备的设计和应用提供附加的一个自由度，从而在新兴的自旋电子学、多态信息存储、电驱动铁磁谐振器及磁调控压电传感器上表现出极为诱人的应用前景。多铁材料主要可分为复合材料和单相材料两类。在单相材料的研究中人们发现由于材料的磁相变温度通常在室温以下，另外样品的磁性属反铁磁性这对材料的实际应用十分不利。近年来在单相多铁材料中，具有层状钙钛矿结构的材料引起了人们的注意。层状多铁材料可以描述成由典型的三层层状铁电材料 Bi4Ti3O12 (ΒΤΟ,η = 3)与简单钙钛矿多铁材料Bii^eO3 (BFO)组合而成。这类材料可以通过BTO 与不同数量的 BFO 组合可以生成 BifeTi3015(n = 4),Bi6Fe2Ti3O18(η = 5)和 Bi7Fii3Ti3O21 (η =6)等。在层状多铁电材料中，它们铁电相变温度在温度以上，但磁性在室温以上属反铁磁。但层状多铁材料的结构中含BiO层可有效的降低样品漏电流，改善样品抗疲劳性。为了改善层状多铁电材料在室温以上的多铁性能，特别是样品磁性能，可以通过B位磁性离子的耦合来实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷，该产品在在室温同时具有铁电和铁磁性。本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种制备上述具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的方法，该工艺简单，制备设备完全可以使用常用的固相工艺陶瓷制备设备，无需对设备进行改造就可以进行产业化生产。本发明解决第一个技术问题的方案，具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的化学式为 Bi7FeCoNiTi3O2115本发明解决第二个技术问题的方案，具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷Bi7FeCoNiTi3O21的制备方法，以Bi2O3，Fe2O3' Co2O3，Ni2O3和TiO2为原料，经球磨、烘干、 预合成，再次球磨、烘干，之后经成型、排塑、烧结工艺，制得BifeCoNiTi3O21,以摩尔比计， Bi2O3 Fe2O3 Co2O3 Ni2O3 11 = 6 6.6 1 1 1 6。所述球磨工艺中球磨介质为无水乙醇，球磨时间为23-2证。所述预合成工艺中预合成温度为730-780°C，预合成时间为7. 5-8. 5h，预合成设备为氧化铝坩埚。所述成型工艺条件为在所述预合成材料中加入聚乙烯醇溶液，在压力< 15MPa的条件下成型。所述排塑工艺中排塑温度为480-520°C，排塑时间为4. 5-5.证。所述烧结工艺中烧结温度为940 980°C，烧结时间为4H本发明用3种具有磁性离子(M)Fe，Co和Ni作为B位离子，采用传统的固相烧结工艺制备Bi7FeCoNiTi3O21 (Bi4Ti3012+BiFe03+BiCo03+BiNi03)六层钙钛矿结构的多铁电陶瓷样品，样品的结构为在2个((Bi2O2)2+)层之间夹着3个Ti-O八面体，1个Fe-0,1个Co-O八面体和1个M-O八面体，并延c轴方向堆积排列，改善六层钙钛矿多铁材料在常温下的铁磁性能。本发明具有以下有益效果(1)采用常用原料，在市场上容易获得；( 与现行的固相烧结工艺相兼容；C3)材料在温室下具有良好铁电性和铁磁性，样品在测量电场为 390kV/cm时，剩余极化强度(2P》为42 μ C/cm2 ；样品剩余磁化率为0. 95emu/g ； (4)工艺简单、稳定性好；(5)烧结温度低，所有原料均无毒，环境协调性好。
图1是实施例2制得的样品的X射线图；图2是实施例2制得的样品扫描电镜照片；图3是实施例2制得的样品铁电性能测量结果图；图4是实施例2制得的样品磁性能测量结果图。
具体实施例方式实施例1具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法(1)以Bi2O3, !^e2O3, Co2O3, Ni2O3和TW2为原料，原料均采用国药集团化学试剂公司产品，以摩尔比计，Bi2O3 Fe2O3 Co2O3 Ni2O3 TiR = 6 6. 6 :1:1:1:6;(2)步骤(1)的原料以无水乙醇为介质进行球磨，球磨时间为23-2 ，球磨混合后进行烘干，烘干温度为110°C ；(3)将步骤O)中烘干后的原料装入氧化铝坩埚内，轻轻压紧，置于空气中，在 730-780°C预合成 7. 5-8. 5h ；(4)步骤(3)得到的预合成材料以无水乙醇为介质进行再次球磨，球磨时间为 23-2 ，球磨混合后进行烘干，烘干温度为110°C ；(5)步骤(4)烘干后的产品中加入聚乙烯醇溶液，在压力彡15MPa的条件下成型， 制成圆柱体样品，样品尺寸为0 12 mm χ 2 mm;成型后的产品在480-520°C进行排塑处理，排塑时间为4. 5-5. 5h ；(6)将步骤(5)排塑过的产品于940 980°C烧结4- ，制得具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷，该陶瓷的化学式为Bi7FeCoNiTi3O21。实施例2一、样品原料的准备选用分析纯氧化铋(Bi2O3)、分析纯三氧化二铁O^e2O3)、分析纯三氧化二钴 (Co2O3),分析纯三氧化二镍(Ni2O3)和光谱纯氧化钛(TiO2)为原料，原料均采用国药集团化学试剂公司产品，原料在称取之前先在烘箱中110°C温度下烘烤8小时。二、BifeCoNiTi3O21 多晶样品的制备(1)原料称取按化学配比称取分析纯氧化铋(Bi2O3)、分析纯三氧化二铁(Fe2O3)、 分析纯三氧化二钴(Co2O3)和BTO粉末样品，具体重量如表(1)。表1 制备 BifeCoNiTi3O21 的原料
权利要求
1.具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷，其特征在于，该陶瓷的化学式为 Bi7FeCoNiTi3O210
2.如权利要求1所述的具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法，其特征是，以Bi2O3，Fe2O3, Co2O3，Ni2O3和TiO2为原料，经球磨、烘干、预合成， 再次球磨、烘干，之后经成型、排塑、烧结工艺，制得Bi7FeCoNiTi3O21,以摩尔比计， Bi2O3 Fe2O3 Co2O3 Ni2O3 11 = 6 6.6 1 1 1 6。
3.根据权利要求2所述的具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法，其特征是，所述球磨工艺中球磨介质为无水乙醇，球磨时间为23-2 ！。
4.根据权利要求2所述的具有多铁性能五层状结构钛铁钴酸铋陶瓷的制备方法，其特征是，所述预合成工艺中预合成温度为730°C 780°C，预合成时间为7. 5 8. 5h，预合成设备为氧化铝坩埚。
5.根据权利要求2所述的具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法，其特征是，所述成型工艺条件为在所述预合成材料中加入聚乙烯醇溶液，在压力< 15MPa的条件下成型，制得圆柱形样品。
6.根据权利要求2所述的具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法，其特征是，所述排塑工艺中排塑温度为480 520°C，排塑时间为4. 5 5.证。
7.根据权利要求2所述的具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法，其特征是，所述烧结工艺中烧结温度为940 980°C，烧结时间为4 他。
全文摘要
具有多铁性能六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷，其化学式为Bi7FeCoNiTi3O21。具有多铁性能的六层状结构钛铁钴镍酸铋陶瓷的制备方法，以Bi2O3，Fe2O3，Co2O3，Ni2O3和TiO2为原料，经球磨、烘干、预合成，再次球磨、烘干，之后经成型、排塑、烧结工艺，制得Bi7FeCoNiTi3O21，以摩尔比计，Bi2O3∶Fe2O3∶Co2O3∶Ni2O3∶TiO2＝6～6.6∶1∶1∶1∶6。该工艺采用常规固相烧结法，制备工艺简单，环境协调性好。Bi7FeCoNiTi3O21在室温同时具有铁电和铁磁性，测量电场为390kV/cm时，剩余极化强度(2Pr)为42μC/cm2，样品剩余磁化率为0.95emu/g。
文档编号C04B35/475GK102515749SQ201110411158
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者孙慧, 杨文露, 毛翔宇, 王伟, 陆亚林, 陈小兵, 陈春燕 申请人:扬州大学