[發明專利]一種鈦摻雜鋇鐵氧體陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310201043.1
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103274677A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 杜丕一;劉初陽;賈敬國;馬寧;程逵;徐剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種鈦摻雜鋇鐵氧體陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

隨著通信技術和電子技術的快速發展，電子器件的集成化、小型化和多功能化將是一個重要的發展方向。如果一種材料同時具有較好的介電性能和磁性能，譬如具有電容特性的同時，保持較高的磁化強度，則對材料在多功能器件領域的應用將起到非常重要的作用。一般情況下，同時具有高介電性和磁性能的材料，通常通過多種材料的復合來實現。例如，通過鐵電鐵磁材料的復合可以同時獲得一定的介電性能和磁性能。但多種材料的復合，受到復合定律的影響，復合后相應的性能會比單相時的性能下降很多，有時難以獲得理想的材料。目前通過滲流效應的引入，結合一些特殊的工藝處理，在某些特定條件下獲得的復相材料可以同時具有較好的介電性能和較好磁導率，可以在相關科學技術領域得到很好應用，但是這種復相材料相對制備工藝還比較復雜，因而生產成本較高。

鐵氧體是一種具有優異磁性能的材料，在電子和通信技術中得到廣泛應用。作為鐵氧體的一種，M型鋇鐵氧體（BaFe₁₂O₁₉）是一種很好的硬磁材料，因具有大的飽和磁化強度、高的剩余磁化強度、較大的電阻率、高的居里溫度和優秀的化學穩定性而被廣泛用作高頻濾波器、高密度磁記錄介質和微波吸收材料等。顯然，結合上述多功能復合的基本概念，如果能夠尋找一種簡化的方法，在這種材料中獲得既具有高的磁化強度（飽和磁化強度和剩余磁化強度），又能獲得很高介電常數，則對開發新型復合功能材料以及開辟新的應用領域具有重要意義。

研究發現，一方面，一些高價陽離子（如Ti⁴⁺，Zr⁴⁺）取代鋇鐵氧體中Fe³⁺時，為保持電中性，部分Fe³⁺將轉變為Fe²⁺。在電磁場中，Fe²⁺的存在，將促進電子在Fe³⁺和Fe²⁺之間跳躍，從而形成電荷的不均勻分布，進而形成不均勻電導。這種Fe³⁺和Fe²⁺之間的電子跳躍造成的電導不均勻性將顯著提高材料的介電常數。另一方面，這種鋇鐵氧體陶瓷的磁化強度與非磁性離子（如Ti⁴⁺）的摻雜量雖然密切相關，但選擇適當的非磁性離子并控制非磁性陽離子的摻雜量，仍然可控制鋇鐵氧體保持較高的磁化強度。進一步，磁化強度還與材料的結晶性和致密性相關，較高的結晶度有利于減少晶界缺陷，增加磁矩，進而提高磁化強度。通過少量離子摻雜，將在鋇鐵氧體中引起一定的晶格畸變，進而提高質點反應活性，可顯著降低鋇鐵氧體的燒結溫度，容易獲得結晶性好、致密性高的陶瓷材料，可達到保持較高磁化強度的目的。顯然通過控制陽離子摻雜，有望在材料保持較高磁化強度的同時，顯著提高其介電性能。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種鈦摻雜鋇鐵氧體陶瓷材料及其制備方法，該鈦摻雜鋇鐵氧體陶瓷材料既具有極高介電常數又具有高飽和磁化強度和剩余磁化強度。

本發明的鈦摻雜鋇鐵氧體陶瓷材料，其組成為：鈦和鋇的摩爾比為0.4:1~0.8:1，鐵和鋇的摩爾比為11.6:1~11.2:1。鋇鐵氧體中部分鐵離子被鈦離子取代，鐵氧體中的鐵離子則以Fe³⁺和Fe²⁺離子形式共存。

鈦摻雜鋇鐵氧體陶瓷材料的制備方法，其具體步驟如下：

1）將硝酸鋇、硝酸鐵和檸檬酸按摩爾比1:（11.2~11.6）:（17.8~18.4）混合，加入去離子水溶解得到第一溶液，該溶液中溶質摩爾濃度控制為1.0mol/L；

2）將鈦酸四丁酯和檸檬酸按摩爾比1:1.5混合，溶于無水乙醇中得到第二溶液，該溶液中溶質摩爾濃度控制為1.5mol/L；?

3）將第二溶液緩慢加入到第一溶液中，攪拌均勻得到第三溶液，其中鈦酸四丁酯與硝酸鋇的摩爾比控制為4~8:10。

4）用氨水調節第三溶液的PH值到6~8，然后加熱使溶劑揮發，進而再將得到的溶膠在120℃干燥得到蓬松狀干凝膠。

5）將蓬松狀干凝膠在450℃熱處理2h，然后將產物在800?~?900℃熱處理1.0~2.0h，得到鈦摻雜鋇鐵氧體粉體先驅體。

6）將鈦摻雜的鋇鐵氧體先驅體球磨12h，然后與質量分數為1~2%的PVA（聚乙烯醇）混合，用研缽研磨均勻進行造粒。