一种宽介电温度稳定性的磁介复合陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种宽介电温度稳定性的磁介复合陶瓷材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]YFeO3是一种多铁性材料，室温下具有铁电性和反铁电性，其奈尔温度为367° C。由于电子技术的高速发展，对材料性能的要求也越来越高，而单相材料很难满足性能的综合及高指标的要求，电子元件的小型化/微型化及多功能化使得集介电与磁性等性能于一体的多功能材料吸引了越来越多的关注。这些复合材料同时具有电容和电感特性，可以用于制备小型滤波器、天线和EMI抑制器等。
[0003]目前，国内外对磁介复合材料已经展开了一些研宄工作。目前报道的Ba0.8SrQ.2Ti03/YFe03磁介复合陶瓷体系[Ceramics Internat1nal, 2013, 39:7235-7239]，利用固相法将铁电相和铁磁相进行复合得到Ba。.8SrQ.2Ti03/YFe03.介复合陶瓷。同时，在已公开的磁介复合材料的中国专利中(公开号102211927A ;102898132A ;102633501A)也利用固相法将介电和磁性材料进行复合得到具有较高介电常数和磁导率的复合材料。
[0004]现有的磁介复合材料制备存在以下不足:
1.关于磁介复合陶瓷的制备均采用固相法将铁磁相和铁电相复合，所得陶瓷材料的晶粒尺寸较大(>1 yrn)，致密性差，形貌不可控，进而会对材料的性能产生影响；
2.关于磁介复合粉体的制备方法较多，如沉淀法，溶胶-凝胶法等，但是这些研宄仅仅局限于对粉体形貌和性能的研宄，且粉体粒径的均一性和单分散性较差，故未实现粉体形貌的可控制备。
[0005]因此，如何通过控制陶瓷粉体材料的组成、结构从而获得细晶、粒度均匀的磁介复合材料以改善该类材料的高介电性能和宽介电温度稳定性，以及优异的铁磁性能的要求是本发明所要解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种具有“芯-壳”结构且包覆良好符合EIA X8R标准的宽介电温度稳定性的磁介复合陶瓷材料及其制备方法。
[0007]本发明实现过程如下:
一种宽介电温度稳定性的磁介复合陶瓷材料的“芯”部材料为BaT13, “壳”部材料为YFeO3，记作 BaT13OYFeO3，其化学组成表达式为 BaT13 + x YFeO3，其中，x=2 ?8mol%。
[0008]上述磁介复合陶瓷材料的制备方法为:首先用常压水相法制备单分散球形的亚微米BaT13粉体，然后用沉淀法制备具有“芯-壳”结构的基复合粉体，最后烧结制备出能满足X8R特性的复合陶瓷材料。
[0009]上述制备方法具体包括如下步骤:
(I)在20~30° C下，按化学计量比1:1将TiCl4溶液和Ba (CH 3C00) 2溶液加至6~8mol/L的NaOH溶液中；
(2)将上述体系升温至60~90°C，反应液经陈化后用蒸馏水洗涤沉淀至中性，干燥得到BaT13前躯体；
(3)BaT1^躯体在700~900° C煅烧得到单分散球形的亚微米级BaT1 3粉体；
(4)将亚微米级BaT13粉体加蒸馏水超声分散，用氨水调节体系pH至9~14;
(5)将化学计量比为1:1的Y3+和Fe3+溶液加至步骤(4)制得的分散液中，经陈化、洗涤沉淀后干燥；
(6)将步骤(5)制得的干燥粉体在600~800°C经煅烧得到砖红色BaT13OYFeO3复合粉体；
(7)8&1103(^?603复合粉体经造粒、成型后，1200-1240° C煅烧得到磁介复合陶瓷材料。
[0010]上述步骤(I)中，TiCl4溶液和Ba(CH 3C00)2溶液的滴加速度为1~3滴/3s。
[0011]步骤(2)中，反应液陈化12~24h。
[0012]步骤(5)中，反应液陈化12~24h。
[0013]步骤(7)中，1200°C~1240° C 煅烧保温 2~4h。
[0014]本发明的有益效果:
(I)本发明得到了球形单分散的亚微米级BaT13粉体，以及具有“芯-壳”结构且包覆良好的BaT13OYFeO3陶瓷粉体材料；
(2)制备的细晶陶瓷便于实现电子元器件的小型化发展趋势；
(3)本发明得到的磁介复合陶瓷材料不含铅，环境友好，符合EIAX8R标准，具有磁介性质，且陶瓷粒径较好的控制在200~300nm范围，可以作为宽介电温度稳定性的磁介复合材料使用。
【附图说明】
[0015]图1为BaT13OYFeO3复合陶瓷的相组成图；
图2为单分散球形的BaT13亚微米粉体的SEM图(a)及BaT1 3@￥?603复合粉体(YFeO 3的包覆量为6mol%)的TEM图(b);
图3为8&1103(^?603复合陶瓷的介电常数与温度的关系图(a)及其容温变化率图(b);图4为BaT13OYFeO3复合陶瓷的磁滞回线(a)及饱和磁化强度和剩余磁化强度随着组分的变化情况；
图5为8&1103(^?603复合陶瓷(x=6mol%)的表面SEM图。
【具体实施方式】
[0016]为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0017]实施例1
一种介电温度稳定性符合X8R标准的磁介复合陶瓷材料，由基质组分和掺杂组分组成，基质组分的化学式为BaT13，掺杂组分的化学分子式为YFeO3，所述宽介电温度稳定性磁介复合陶瓷材料的化学表达式为BaT13 + XYFeO3，其中x=2mol%。
[0018]上述宽介电温度稳定型磁介复合陶瓷材料的制备方法包括以下步骤:
(1)在20°C的水浴中，将4.7mL浓度为2.219mol/L的TiCl4溶液和50mL浓度为0.2mol/L的Ba (CH3COO) 2溶液分别加入到浓度为6mol/L的NaOH溶液中，在滴加过程中，控制滴加速度约为2滴/3s ;将上述体系升温至70° C反应4h，待反应完全后，将反应液陈化12h，抽滤，将沉淀用蒸馏水洗涤多次至中性，置于80° C烘箱中烘干；沉淀物在700° C煅烧3h得到白色的球形单分散的亚微米级BaT13粉体(平均粒径尺寸大约为240nm)，备用；
(2)以BaT13为基准，YFeO3的包覆量为2mol%。称取1.0g步骤(I)中得到的BaT13粉体，加入10mL蒸馏水超声分散20min。用氨水将体系pH调节至13左右，分别量取浓度为 0.0214mol/L 的 Y (NO3) 3溶液 3.93mL，以及浓度为 0.0193mol/L 的 Fe (NO 3) 3溶液 4.36mL，将其搅拌均匀。在搅拌作用下将其缓慢滴加入体系，滴加完毕后，搅拌I h。陈化12 h后抽滤，用蒸馏水洗涤多次，将沉淀物置于70° C烘箱中烘干，然后沉淀物在600° C煅烧3h，得到具有“芯-壳”结构的￥?603包覆BaT1 3复合陶瓷粉体材料，备用；
(3)将步骤(2)得到的复合陶瓷粉体压片成型后，在1240°C保温2h烧结得到宽介电温度稳定性的磁介复合陶瓷材料。
[0019]实施例1得到的陶瓷材料样品，对其进行相组成分析(见图1);测试其介电性能，得到其介电常数随温度变化图(见图3a)和其容温变化率(以25。C为基准)随温度的变化图(见图3b);对其磁滞回线、饱和磁化强度及剩余磁化强度进行了测试(见图4)。
[0020]这些测试结果说明本实施例得到的磁介复合陶瓷材料，具有优良的介电温度稳定性，在-55~150° C的温度范围内容温变化率不超出15%的范围，符合X8R型陶瓷材料的要求，且室温介电常数为1625，介电损耗约为1.3% ;本实施例得到的磁介复合材料的剩余磁化强度为0.65emu/g，饱和磁化强度为1.23 emu/g。
[0021]实施例2
一种温度稳定性符合X8R型标准的磁介复合陶瓷材料，由基质组分和掺杂组分组成，基质组分的化学式为BaT13，掺杂组分的化学分子式为YFeO3，所述温度稳定型磁介复合陶瓷材料的化学表达式为BaT13 + XYFeO3，其中x=4mol%。
[0022]上述温度稳定型磁介复合陶瓷材料的制备方法包括以下步骤:
(1)在20°C的水浴中，将4.7mL浓度为2.219mol/L的TiCl4溶液和50mL浓度为0.2mol/L的Ba (CH3COO) 2溶液依次加入到浓度为6mol/L的NaOH溶液中，在滴加过程中，控制滴加速度约为2滴/3s ;将上述体系升温至80° C反应3h，待反应完全后，将反应液陈化12h，抽滤，将沉淀用蒸馏水洗涤多次至中性，置于80° C烘箱中烘干；沉淀物在800° C煅烧2h得到白色的球形单分散的亚微米级BaT13粉体(平均粒径尺寸大约为240nm)；
(2)以BaT13为基准，YFeO3的包覆量为4mol%。称取1.0g步骤(I)中得到的BaT13粉体，加入300mL蒸馏水超声分散20min。用氨水将体系pH调节至10左右，分别量取浓度为 0.0214mol/L 的 Y (NO3) 3溶液 7.86mL，以及浓度为 0.0193mol/L 的 Fe (NO 3) 3溶液 8.72mL，将其搅拌均匀。在搅拌作用下将其缓慢滴加入体系，滴加完毕后，搅拌2 ho陈化24 h后抽滤，用蒸馏水洗涤多次，