[發明專利]一種具有室溫多鐵性鋇、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201410149309.7
• 申請日: 2014-04-12
• 公開（公告）號: CN103936408A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 張銘;魏紀周;鄧浩亮;嚴輝;宋雪梅;王波;王如志;侯育冬;朱滿康;汪浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C04B35/26
• 分類號: C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于材料科學領域，尤其是涉及一種在室溫下同時具備優異鐵電、鐵磁性的鉍、鐵位共摻鐵酸鉍基陶瓷及其制備工藝。

背景技術

多鐵性磁電材料是指同時具有鐵電（反鐵電）、鐵磁（反鐵磁）性能的一類材料。這類材料中電極化強度和磁極化強度耦合所產生的磁電耦合效應使得多鐵性材料在傳感器、存儲器、控制器領域具有很大的應用前景。

鐵酸鉍（BiFeO₃）因其具有室溫多鐵性（鐵電居里溫度為1103K，反鐵磁奈爾溫度為643K），為發展基于鐵電-磁性集成效應的新型信息存儲處理以及磁電器件提供了巨大的應用可能性。

純的鐵酸鉍不易合成，且鐵酸鉍的自旋螺旋反鐵磁周期性結構使得整體的磁矩相互抵消導致鐵酸鉍在室溫下磁性較弱，因而鐵酸鉍宏觀上幾乎不顯示磁性。另外由于鐵離子的變價引起的氧空位和鉍原子的揮發引起的鉍空位導致的漏電流使得鐵酸鉍在實際器件應用中受到阻礙。

相關文獻調研說明摻雜可以作為有效提高鐵酸鉍材料鐵磁性，減小漏電流的手段被用來制備室溫多鐵性的鐵酸鉍基多鐵性材料。[Appl.Phys.Lett.88,212907(2006)]結果表明鋇的摻入可以有效的提高材料的鐵磁性，[J.Phys.D:Appl.Phys.40(2007)7799–7803]結果表明鉻的摻入可以有效地改善材料的鐵電性。到目前為止還沒有文獻報道過有關鋇、鉻共摻的陶瓷的制備，而從理論上講兩者的共摻可以有效地同時提高材料的鐵磁性和鐵電性。從測試的結果也證明了我們的推斷，符合我們的設想。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有優異室溫多鐵性，介電常數穩定，介電損耗低，漏電流密度小的鋇、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷及其制備方法。

本發明的一種具有室溫多鐵性鋇、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷，其特征在于，所述的鋇、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的化學分子式為：Bi_1-xBa_xFe_1-yCr_yO₃，其中0＜x≤0.2，0＜y≤0.1，優選0.1≤x≤0.2，0.05≤y≤0.1，更優選x=0.2，y=0.1組分。

上述一種具有室溫多鐵性鋇、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的制備方法，其特征在于包括以下步驟；

（1）將原料Bi₂O₃、BaCO₃、Cr₂O₃和Fe₂O₃，按照Bi_1-xBa_xFe_1-yCr_yO₃元素化學摩爾計量比進行配料；

（2）將步驟（1）中的混合料進行球磨，采用聚四氟乙烯球磨罐、瑪瑙球、助磨劑為無水乙醇，球磨時間為12h，轉速為400r/min；

（3）將步驟（2）中得到的漿料在100℃下烘干，烘干時間為6h，將獲得的粉末在研缽中稍許研磨后在800-840℃煅燒2h；

（4）將步驟（3）獲得的煅燒粉末再次采用步驟（2）的條件球磨，烘干后加入聚乙烯醇水溶液研磨、過篩，利用壓片機在472MPa壓力下壓成片狀；

（5）將步驟（4）獲得的片體在560℃下排膠2h，最后在890-920℃下燒結成瓷。

上述聚乙烯醇水溶液質量分數為5%。

本發明優選組分制備的多鐵性陶瓷在室溫下具有優異的鐵電、鐵磁與介電特性，且漏電流密度很小。在-2T-2T磁場中測得材料的剩余磁化強度為（2Mr=1.0emu/g），較之單摻鋇提高了1倍。矯頑場為（2Hc=5030Oe），比單摻鋇降低了大約1000Oe。介電常數隨頻率變化穩定在38，介電損耗隨頻率變化穩定在0.04，較之單摻鋇分別下降了93.41%和96.2%，在10KV/cm電場強度下樣品的電阻率為1.83*10⁹Ω/cm。介電和電阻率值說明鉻的摻入使得樣品內部氧空位減少，接下來在100KV/cm電場下測得最大剩余極化值為（2Pr=1.9μC/cm²），比單摻鋇提高了8.5倍，表明材料在室溫下同時具有優異的鐵電、介電和鐵磁性能。