一种奥里维里斯结构的单相多铁性粉体材料、织构化的陶瓷及其制备方法与流程

本发明属于单相多铁性陶瓷材料领域，涉及一种织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷及其制备方法。

背景技术：

奥里维里斯结构的多铁性材料由于其结构的各向异性，类钙钛矿层与萤石结构的氧化铋层在c轴方向上堆叠而成，造成了其在介电、铁电、压电等宏观物理性质上也会产生一定的各向异性。一般而言，这种各向异性会使得晶体材料在某一个方向上表现出最优的宏观物理性能。因此，从理论上来讲，利用晶体材料本身固有的各向异性，来提升材料的性能是一种切实可行的实验方案。陶瓷材料是由许许多多的小晶粒无规则的排列在一起组成的多晶体，而每一个小晶粒则可看成是一个小单晶体。虽然每一个小单晶体都是具有各向异性的，但是由于其无规则的随机排布使得陶瓷材料在宏观上表现为各向同性。研究学者们希望实现一种既在制备工艺方面简单可行，又在宏观物理性能方面可与同组分单晶相媲美的多晶陶瓷材料。因此，通过一定的微结构调控手段，使得多晶陶瓷材料内部的小晶粒沿着某个特定的方向进行择优取向生长，最终获得具有与单晶体类似的各向异性的陶瓷材料。

在现阶段对于织构化陶瓷材料的制备过程比较多，主要分为三种（1）热处理方法，主要包括了热压法、热铸法以及热轧法；（2）强磁场技术，在样品烧结过程之中施加强于晶粒生长的强磁场能量而进行定向的生长；（3）模板晶粒生长法，在原材料中加入针状或片状的模板，通过流延，丝网印刷等方法使模板在原材料中定向排列，在热处理过程中基体粉末在模板晶粒表面上进行外延定向生长，最终得到织构陶瓷。上述的方法中，前两种方法适合于各向异性较强的材料基体，而第三种则是许多材料所采用的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷及其制备方法。通过熔盐法制备了具有大的宽深比的粉体，在采用更加简单和工业化的等静压方法，在高温下无压烧结得到了织构化的陶瓷材料，通过测试发现材料在宏观的物理性能上获得了优异的各向异性，也验证了材料的晶粒的排列方式是在c轴方向上进行堆叠的（见附图1）。

为达成上述所提到的性能，本发明采用了如下的方案：

一种织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1）按照化学式srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9将分析纯的srco3、bi2o3、nb2o5、co2o3、fe2o3、nacl及kcl配制后通过球磨混合均匀，然后烘干，将粉料放入氧化铝坩埚进行预烧合成；

2）通过熔盐法制备的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9粉体研磨后，放入烧杯中用热去离子水洗涤，直到残存的盐清除干净，然后将粉体烘干；

3）将得到的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9粉体倒入模具当中压制成型，将成型好的坯体进行脱模，得到形状完好的坯体；

4）将步骤3）制备的坯体进行冷等静压成型；

5）将步骤4）得到的坯体烧结成瓷，得到织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷。

所述步骤1）中，srco3、bi2o3、nb2o5、co2o3、fe2o3的质量和与kcl、kcl的质量和之比为1:1，其中nacl和kcl的质量比为1:1。所述nacl/kcl混盐的作用是再高温下熔融形成离子熔体，提供预烧合成介质。在本领域中，碱金属或碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐、及磷酸盐及其混合物等，均可作为熔融法合成陶瓷粉体的熔融盐，本发明在此不再一一赘述。

所述步骤1）中的混合氧化物、氯化物与锆球石及无水乙醇混合、球磨、烘干后形成干料，球磨时间均为5~7小时。

所述步骤2）中热去离子水的温度为80-100^oc之间。

所述步骤1）中预烧条件为：以5℃/min升温850-950℃，保温3-6小时，之后，以5℃/min降温至500℃，随炉冷却到室温。

所述步骤4）中，冷等静压成型是在压机中施加200-250mpa的压力，保压时间为180-300s。

所述步骤5）中，烧结条件为以5℃/min升到1050-1100℃，保温2-4小时，之后，以5℃/min降温至500℃，随炉冷却到室温。

一种织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷进行表面处理的方法，包括以下步骤：打磨、清洗织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷，在陶瓷的正反两面均匀涂覆银电极浆料，进行热处理，得到织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷电学性能测试样品。

一种织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷表面处理的方法，其特征在于热处理的温度为800-850℃，保温时间为15-20min。

与现有的技术相比，本发明具有的有益效果：本发明中，通过熔盐法制备了高宽深比的片状粉体，通过热去离子水的洗涤，将粉体用冷等静压方法制成了圆片状的生坯，在不同的方向上，获得了材料不同的性能，成功的将微观结构上的各向异性通过织构化转化成了宏观上的各向异性，使材料获得了优异的性能，并且本发明所采用的方法是一种更加简单和经济的方法。本实验的样品的制备过程当中，采用了更加先进的冷等静压成型技术，避免了样品的浪费和粘结剂的加入，节省了制作的成本，加快了生产周期并且避免了粘结剂对样品的污染。除此之外，由于冷等静压成型技术是利用液体进行压力的传递，与传统单项加压的压制相比，冷等静压成型会让样品从各个方向受到压力，并且压力相比较更大，制备的生坯更加的致密，为下一步优异实验结果奠定了基础。

附图说明

图1织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷的微观示意图，图中//代表从平行于c轴方向施加测试场，代表从垂直于c轴方向施加测试场。

图2熔盐法制备的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9片状粉末的xrd图片。

图3熔盐法制备的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9片状粉末的sem图片。

图4织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷块体在不同方向上的xrd图谱。

图5织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷在不同方向上的介电常数与介电损耗随频率的变化图谱。

图6织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷在不同方向上极化强度随着电场强度的变化。

图7织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷在不同方向上磁化强度随磁场变化。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。

一种织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

1）按照化学式srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9将分析纯的srco3、bi2o3、nb2o5、co2o3、fe2o3、nacl及kcl配制后通过球磨混合6h均匀，然后烘干，将粉料放入氧化铝坩埚900^oc进行预烧4h合成。其中srco3、bi2o3、nb2o5、co2o3、fe2o3的质量和与nacl、kcl的质量和之比为1：1，nacl和kcl的质量比为1：1。球磨过程以无水乙醇为球磨介质，料：无水乙醇：球石的质量比为1：2：5。

2）通过熔盐法制备的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9粉体研磨后，放入烧杯中用90^oc的热去离子水洗涤，直到残存的盐清除干净，然后将粉体烘干；

3）将得到的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9粉体倒入模具当中，施加600n的力压制成型，将成型好的坯体进行脱模，得到形状完好的坯体；

4）将圆片放置于胶套当中，利用抽真空设备将胶套的空气排出，密封胶套口，放入冷等静压成型，在200mpa的压力下保压300s；

5）将步骤4）得到的坯体1080^oc烧结2h成瓷，得到织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷。

6）打磨、清洗步骤5）中一次烧结好的式样后，在式样的正反两面均匀涂覆银电极浆料，在850℃进行热处理15min，得到srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9铁性陶瓷材料样品。

参照图1，图中显示了所制备的织构化陶瓷的微观形貌，可以看到片状的晶粒是沿着c轴的方式堆叠，圆圈的放大部分是晶粒的微观结构，可以看到随着晶粒定向生长之后，微观结构上也呈现了同样的排列方式，从而使材料在宏观上也出现了性能的各向异性。

参照图2，图中显示了熔盐法制备的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9片状粉末的xrd图谱，可以从中看到所制备的粉末是纯相。

参照图3，图中显示了熔盐法制备的srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9片状粉末的sem照片，可以看到制备的片状颗粒直径约为10μm。

参照图4，图中显示了织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷块体在不同方向上的xrd图谱，从图中可以看出所制备的陶瓷都是纯相的，没有杂相出现，在不同的方向上略有不同，//方向上的最高峰变为了（0010）。

参照图5，图中显示了织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷在不同方向上的介电常数与介电损耗随频率的变化图谱，垂直于c轴方向获得了更大的介电常数。

参照图6，图中显示了织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷在不同方向上极化强度随着电场强度的变化，从图中可以看出，垂直于c轴方向上获得了更大的极化强度。

参照图7，图中显示了织构化的奥里维里斯结构的单相srbi2nb1.8fe0.1co0.1o9多铁性陶瓷在不同方向上磁化强度随磁场变化，垂直于c轴方向上获得了更大的磁化强度。