一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料及其制备方法，将Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体、Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉体造粒后，按照2‑2复合的垒层叠加排列方式在模具中压制成型，然后排出PVA粘合剂，在1020～1040℃下烧结，得到层状磁电复合材料。本发明专利技术中由于Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末、Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末按照2‑2复合的垒层叠加排列方式，将铁电相和铁磁相以层状复合的方式共烧在一起，使其具有较高的居里温度，较好的铁电性能和磁电效应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料科学领域，涉及一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着移动通讯和计算机技术的飞速发展，使得各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化。由于电子设备的微型化和小型化是必然趋势，因此，迫切需要一种材料同时具有两种或两种以上的性能，以减小电路板有限空间的消耗，进一步实现小型化。基于此，同时具有铁电性和铁磁性的磁电材料应运而生。磁电复合材料是通过一定的方法将两种单相材料(铁电相和铁磁相)复合而成，不但具有铁电性和铁磁性，而且通过铁性的耦合协同作用能产生磁电耦合的功能，大大拓宽了铁性材料的应用范围。目前，陶瓷基磁电复合材料多选取高压电性能的锆钛酸铅(PZT)与铁氧体进行复合制备而成。近年来，随着环境保护和人类社会可持续发展的需求，研究新型环境友好型无铅磁电复合材料已成为世界发达国家致力研发的热点之一。现阶段，无铅磁电复合材料的铁电相以BaTiO3基为主，但由于在烧结的过程中，Fe3+的扩散到铁电相，导致铁电相的居里温度降低，从而限制磁电复合材料的应用性。而铌酸钾钠(KNN)基压电材料以高居里温度著称，弥补了BaTiO3基压电材料的不足，提高了复合材料的居里温度，从而拓宽了磁电复合材料的适用性。磁电复合材料分为0-3型磁电复合材料和2-2型磁电复合材料。0-3型磁电复合材料是将不连续的铁电相(铁磁相)颗粒分散于三维连通的铁磁相(铁电相)中，按一定的比例混合，在一定温度下固相烧结，从而得到的颗粒磁电复合材料。此种结构简单，是研究最早、应用最广的一种类型。但由于铁电相(铁磁相)在铁磁(铁电)基体中存在分散不均的问题，因而此种结构类型的材料磁电电压系数较低。而2-2型(层状)磁电复合材料弥补了0-3型的不足，提高了电阻率，降低了漏电流，从而提高了复合材料的压电性能和磁电耦合性能。Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3是一种压电性材料，具有优异的压电性能。Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4是一种典型的软铁磁材料，具有优异的磁致伸缩效应，通过加入一定量的烧结助剂Li2CO3降低其烧结温度。磁电复合材料(K0.45Na0.55)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3/Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88通过叠层累加、冷等静压的方法将铁电相和铁磁相压制成型，低温共烧技术复合而成，同时兼有高居里温度，优异的铁电性能和磁电耦合效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料及其制备方法，将铁电铁磁相以层状复合的方式共烧在一起，可以有效地抑制两相之间的相互反应从而保持各自的特性，使制备的层状磁电复合材料不仅具有较高的居里温度，而且还具有较好的铁电性能和磁电耦合效应。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照化学式(1-x)Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3/xCo0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4，其中x为Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4的质量百分数，且0.1≤x≤0.5，将Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末和Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中成型，然后采用冷等静压工艺压制；(2)再于1020～1040℃下烧结2～4小时成瓷，得到层状磁电复合材料。本专利技术进一步的改进在于，所述步骤(1)中2-2复合的垒层叠加排列方式具体为：从上向下按照Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末、Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末、Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末的顺序垒叠在一起。本专利技术进一步的改进在于，Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末通过以下方法制得：按化学式Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3将K2CO3、Na2CO3、Li2CO3和Nb2O5配制后混合均匀，然后烘干，过筛，压块，再经840～860℃预烧3～5小时，得到块状产品，然后将块状产品粉碎后过120目筛，得到Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体；将Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末。本专利技术进一步的改进在于，向Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体中加入PVA粘合剂后造粒，其中，加入PVA粘合剂的质量为Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体质量的8％～15％；所述PVA粘合剂为质量分数8％的聚乙烯醇水溶液；混合均匀是通过球磨实现的，并且球磨的时间为20～24小时。本专利技术进一步的改进在于，Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末通过以下过程制得：按化学式式Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4将Co3O4、ZnO、MnO2和Fe2O3配制后混合均匀，然后烘干，过筛，压块，再经1080～1120℃预烧11～13小时，得到块状固体，然后将块状固体粉碎后过120目筛，得到Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉体，向Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉体加入Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉体质量0.2～0.4％的Li2CO3，然后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末。本专利技术进一步的改进在于，向Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉体中加入PVA粘合剂后造粒，其中，PVA粘合剂的质量为Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉体质量的8％～15％；混合均匀是通过球磨实现的，并且球磨的时间为20～24小时。本专利技术进一步的改进在于，于1020～1040℃下烧结前排除PVA粘合剂，具体是：在温度为550～600℃下保温3～5小时。本专利技术进一步的改进在于，冷等静压工艺在250MPa下压制。一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料，该层状磁电复合材料的化学式为：(1-x)Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3/x Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4，其中x为Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4的质量百分数，且0.1≤x≤0.5。本专利技术进一步的改进在于，该层状磁电复合材料的化学式为：(1-x)Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3/xCo0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4，其中x为Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4的质量百分数，且0.1≤x≤0.4。本专利技术进一步的改进在于，该层状磁电复合材料的化学式为：(1-x)Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3/xCo0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4，其中x为Co0.6Zn0.4Fe1.7本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照化学式(1‑x)Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3/xCo0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4，其中x为Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4的质量百分数，且0.1≤x≤0.5，将Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末和Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末按照2‑2复合的垒层叠加排列方式在模具中成型，然后采用冷等静压工艺压制；(2)再于1020～1040℃下烧结2～4小时成瓷，得到层状磁电复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照化学式(1-x)Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3/xCo0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4，其中x为Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4的质量百分数，且0.1≤x≤0.5，将Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末和Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中成型，然后采用冷等静压工艺压制；(2)再于1020～1040℃下烧结2～4小时成瓷，得到层状磁电复合材料。2.根据权利要求1所述的兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中2-2复合的垒层叠加排列方式具体为：从上向下按照Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末、Co0.6Zn0.4Fe1.7Mn0.3O4粉末、Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末的顺序垒叠在一起。3.根据权利要求1所述的兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料的制备方法，其特征在于，Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末通过以下方法制得：按化学式Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3将K2CO3、Na2CO3、Li2CO3和Nb2O5配制后混合均匀，然后烘干，过筛，压块，再经840～860℃预烧3～5小时，得到块状产品，然后将块状产品粉碎后过120目筛，得到Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体；将Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉末。4.根据权利要求3所述的兼具高居里温度和高磁电耦合性能的层状磁电复合材料的制备方法，其特征在于，向Li0.058(Na0.535K0.48)0.942NbO3粉体中加入PVA粘合剂后造粒，其中，加入PVA粘合剂的质量为Li0.058...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海波，张锦涛，林营，朱建锋，王芬，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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