一种高致密化多铁性(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷的制备方法，涉及一种复合陶瓷的制备方法。本发明专利技术是要解决传统方法制备多铁性(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷致密化低、漏电流大的问题。方法：一、BiFeO3纯相粉体的制备；二、Bi1‑xRxFeO3纯相粉体的制备；三、(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷粉体的制备；四、球磨混料；五、将球磨混合后的粉末干燥，研磨，造粒；六、将过筛后的粉体冷等静压处理，排胶；七、(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷块体的制备；八、将步骤七制备得陶瓷块体进行砂纸打磨，磨碎，造粒，排胶；九、将步骤八得到的排胶后的陶瓷坯体进行二次烧结，即得复合陶瓷。本方法用于复合陶瓷领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合陶瓷的制备方法。
技术介绍
铋层状钙钛矿结构BiFeO3是单相多铁材料中为数不多的，同时具有铁电性与反铁磁性的多铁性材料，因其具有较高的居里温度(Tc～830℃)、反铁磁尼尔温度(TN～370℃)和高自发极化值(～100μC·cm-2)而成为首选的室温下可以应用的磁电材料。而且这种磁和电的相互调控作用在转换器、振荡器、存储器尤其是多态存储器等器件上有相当好的应用前景。但是BiFeO3本身存在着一定的缺陷与攻克难关，比如室温下不能表现出很好的磁电耦合效应，合成过程中存在杂相等，尤其是BiFeO3的漏电流问题，一直是近年来很多研究多铁陶瓷学者需要攻克的一个很大的难关。目前，很多学者通过元素掺杂改性，薄膜制备，及复合材料制备等方法来对单相多铁材料的漏电流问题进行解决，并对其性能等进行提高，从而提高其磁电耦合性能。基于这些方法有不少学者已经制备出了铁电性能优异的BiFeO3陶瓷。但是这些方法的制备工艺相对比较复杂，且对设备的要求高，成本较高。
技术实现思路
本专利技术是要解决传统方法制备多铁性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷致密化低、漏电流大的问题，提供一种高致密化多铁性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷的制备方法。本专利技术高致密化多铁性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷的制备方法，按以下步骤进行：一、BiFeO3纯相粉体的制备：①依照BiFeO3陶瓷化学式，按化学计量比称量铋盐和铁盐，分别融解于1～3mol/L的硝酸溶液中，强烈搅拌30min，得到铋盐溶液和铁盐溶液，由于铋元素的挥发性，Bi过量1％～10％；②将溶解完全、均匀的铋盐溶液倒入铁盐溶液，强烈搅拌2～3h，得到铋铁溶液；③将溶解完全、均匀的铋铁溶液和2.5mol/L的氨水向预沉淀环境中共同滴定，滴定速率均为45～55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8～12的氨水；④将所得沉淀进行强烈搅拌1～3h，然后静置，离心，于80℃烘干12～15h；⑤将烘干的沉淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5～8℃/min升温至550℃并保温1～3h，随炉冷却至室温，得到BiFeO3纯相粉体；二、Bi1-xRxFeO3纯相粉体的制备：①依照化学式Bi1-xRxFeO3，其中0<x<0.4，R为钕元素、镧元素、镝元素或铈元素，按化学计量比称量铋盐、R盐和铁盐，分别溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，强烈搅拌30min，得到铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液，由于铋元素的挥发性，Bi过量1％～10％；②将溶解完全、均匀的铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液混合，强烈搅拌2～3h，得到铋R铁溶液；③将溶解完全、均匀的铋R铁溶液与2.5mol/L的氨水向预沉淀环境中共同滴定，滴定速率均为45～55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8～12的氨水；④将所得沉淀进行强烈搅拌1～3h，然后静置，离心，于80℃烘干12～15h；⑤将烘干的沉淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5～8℃/min升温至550℃并保温1～3h，随炉冷却至室温，得到Bi1-xRxFeO3纯相粉体；三、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷粉体的制备：将步骤一的BiFeO3纯相粉体与步骤二的Bi1-xRxFeO3纯相粉体按照(1-y):y的物质的量比进行配料，其中0<y<1，得到混合配料；四、向步骤三得到的混合配料中加入氧化锆球和无水乙醇，进行球磨混料，混合配料、氧化锆球和无水乙醇的质量比为1:3:1，球磨混料时间为12h以上；球磨速率为300～450r/min，其中无水乙醇≥分析纯；五、将球磨混合后的粉末放入80℃烘箱中干燥8～12h，将干燥后的粉末研磨，造粒，并将造粒后的干燥粉体依次过2～3种不同目数的筛子，筛子的目数依次增大，相邻筛子的目数相差50～60目，所有筛子是目数范围均在100～200目，制备得到流动性好，颗粒尺寸大小不均的混合粉体；此处造粒是为了增加粉体的流动性，过不同筛子是为了增加粉体颗粒大小不均的比例，这两种方法均是提高陶瓷致密化的重要步骤；六、将过筛后的粉体在150～200MPa的压力下，预压成直径为10mm、厚度为0.9～1.5mm后的圆片，然后于200MPa冷等静压处理，制备成致密化较高的陶瓷坯体；然后进行排胶，具体是先以0.5℃/min升温至200℃，再以1℃/min升温至550℃，然后保温2h，得到成型后的圆片状坯体；七、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷块体的制备：将成型后的圆片状坯体进行烧结，烧结气氛为空气、氧气或氩气，烧结温度为800～900℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间为10～60min，保温结束后立即取出，并用90℃热水进行淬火处理，制备成陶瓷块体；八、将步骤七制备得陶瓷块体进行砂纸打磨，将打磨后的陶瓷块体磨碎，再进行造粒，造粒方法同步骤五，将造粒完的粉体静置8～15h，使其充分干燥，然后过100目筛，150～200MPa的压力下压制陶瓷坯体；然后进行排胶，具体是先以0.5℃/min升温至200℃，再以1℃/min升温至550℃，然后保温2h，得到排胶后的陶瓷坯体；九、将步骤八得到的排胶后的陶瓷坯体按照步骤七中的方法进行二次烧结，即得到高致密化多铁性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷。本方法制备得到的复合多铁性陶瓷的组成通式是：(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3，其中：Bi为铋元素，R为钕元素、镧元素、镝元素或铈元素，Fe为铁元素，O为氧元素；0<x<0.4，0<y<1，x、y均为摩尔分数。步骤一中所有化学试剂均在分析纯以上；步骤一①中所述铋盐为硝酸铋或次硝酸铋，铁盐为硝酸铁；步骤一中搅拌速率为150～300r/min；步骤一③铋铁溶液与2.5mol/L的氨水在1min内滴定的体积比为10：(7～15)；步骤二中所述的铋盐为硝酸铋或次硝酸铋，铁盐为硝酸铁，R盐为钕盐、镧盐、镝盐或铈盐，其中钕盐为硝酸钕，镧盐为硝酸镧，镝盐为硝酸镝，铈盐为硝酸铈，其纯度均在分析纯以上。步骤二中搅拌速率为150～300r/min；步骤二③中铋R铁溶液与2.5mol/L的氨水在1min内滴定的体积比为10：(7～15)二次烧结可以使晶粒生长完全，晶粒增大，增强结晶性，修复晶格缺陷，增强陶瓷的致密性，减少漏电流，提高其铁电性能。凡是关于二次烧结或多次烧结的方法均在本技术的保护范围之内。本专利技术的有益效果：本专利技术在传统多铁复合陶瓷制备的基础之上，根据(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷的配比，通过气氛保护与二次烧结工艺，制备出了相对致密度高达79.89％陶瓷坯体，二次烧结陶瓷块体的相对致密度也可以高达97.56％，而初次烧结的陶瓷坯体相对致密度不足65％，陶瓷块体相对致密度也不足95％；并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高致密化多铁性(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、BiFeO3纯相粉体的制备：①依照BiFeO3陶瓷化学式，按化学计量比称量铋盐和铁盐，分别溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，搅拌30min，得到铋盐溶液和铁盐溶液，其中Bi过量1％～10％；②将铋盐溶液倒入铁盐溶液中，搅拌2～3h，得到铋铁溶液；③将铋铁溶液和2.5mol/L的氨水向预沉淀环境中共同滴定，滴定速率均为45～55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8～12的氨水；④将所得沉淀进行搅拌1～3h，然后静置，离心，于80℃烘干12～15h；⑤将烘干的沉淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5～8℃/min升温至550℃并保温1～3h，随炉冷却至室温，得到BiFeO3纯相粉体；二、Bi1‑xRxFeO3纯相粉体的制备：①依照化学式Bi1‑xRxFeO3，其中0<x<0.4，R为钕元素、镧元素、镝元素或铈元素，按化学计量比称量铋盐、R盐和铁盐，分别溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，搅拌30min，得到铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液，其中Bi过量1％～10％；②将铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液混合，搅拌2～3h，得到铋R铁溶液；③将铋R铁溶液与2.5mol/L的氨水向预沉淀环境中共同滴定，滴定速率均为45～55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8～12的氨水；④将所得沉淀进行强烈搅拌1～3h，然后静置，离心，于80℃烘干12～15h；⑤将烘干的沉淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5～8℃/min升温至550℃并保温1～3h，随炉冷却至室温，得到Bi1‑xRxFeO3纯相粉体；三、(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷粉体的制备：将步骤一的BiFeO3纯相粉体与步骤二的Bi1‑xRxFeO3纯相粉体按照(1‑y):y的物质的量比进行配料，其中0<y<1，得到混合配料；四、向步骤三得到的混合配料中加入氧化锆球和无水乙醇，进行球磨混料；五、将球磨混合后的粉末放入80℃烘箱中干燥8～12h，将干燥后的粉末研磨，造粒，并将造粒后的干燥粉体依次过2～3种不同目数的筛子，筛子的目数依次增大，相邻筛子的目数相差50～60目，所有筛子是目数范围均在100～200目，制备得到流动性好，颗粒尺寸大小不均的混合粉体；六、将过筛后的粉体在150～200MPa的压力下，预压成直径为10mm、厚度为0.9～1.5mm后的圆片，然后于200MPa冷等静压处理，制备成致密化较高的陶瓷坯体；然后进行排胶，具体是先以0.5℃/min升温至200℃，再以1℃/min升温至550℃，然后保温2h，得到成型后的圆片状坯体；七、(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷块体的制备：将成型后的圆片状坯体进行烧结，烧结气氛为空气、氧气或氩气，烧结温度为800～900℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间为10～60min，保温结束后立即取出，并用90℃热水进行淬火处理，制备成陶瓷块体；八、将步骤七制备得陶瓷块体进行砂纸打磨，将打磨后的陶瓷块体磨碎，再进行造粒，将造粒完的粉体静置8～15h，然后过100目筛，150～200MPa的压力下压制陶瓷坯体；然后进行排胶，具体是先以0.5℃/min升温至200℃，再以1℃/min升温至550℃，然后保温2h，得到排胶后的陶瓷坯体；九、将步骤八得到的排胶后的陶瓷坯体进行二次烧结，即得到高致密化多铁性(1‑y)BiFeO3‑yBi1‑xRxFeO3复合陶瓷。...
【技术特征摘要】
1.一种高致密化多铁性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷的制备方法，其特征在于该
方法按以下步骤进行：
一、BiFeO3纯相粉体的制备：
①依照BiFeO3陶瓷化学式，按化学计量比称量铋盐和铁盐，分别溶解于1～3mol/L的
硝酸溶液中，搅拌30min，得到铋盐溶液和铁盐溶液，其中Bi过量1％～10％；②将铋盐溶
液倒入铁盐溶液中，搅拌2～3h，得到铋铁溶液；③将铋铁溶液和2.5mol/L的氨水向预沉淀
环境中共同滴定，滴定速率均为45～55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8～12的氨水；
④将所得沉淀进行搅拌1～3h，然后静置，离心，于80℃烘干12～15h；⑤将烘干的沉淀研
磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5～8℃/min升温至550℃并保温1～3h，随炉冷却至室温，
得到BiFeO3纯相粉体；
二、Bi1-xRxFeO3纯相粉体的制备：
①依照化学式Bi1-xRxFeO3，其中0<x<0.4，R为钕元素、镧元素、镝元素或铈元素，按
化学计量比称量铋盐、R盐和铁盐，分别溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，搅拌30min，得
到铋盐溶液、R盐溶液和铁盐溶液，其中Bi过量1％～10％；②将铋盐溶液、R盐溶液和铁
盐溶液混合，搅拌2～3h，得到铋R铁溶液；③将铋R铁溶液与2.5mol/L的氨水向预沉淀
环境中共同滴定，滴定速率均为45～55滴/分钟，所述预沉淀环境为pH值为8～12的氨水；
④将所得沉淀进行强烈搅拌1～3h，然后静置，离心，于80℃烘干12～15h；⑤将烘干的沉
淀研磨，然后放入氧化铝坩埚中，以5～8℃/min升温至550℃并保温1～3h，随炉冷却至室
温，得到Bi1-xRxFeO3纯相粉体；
三、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷粉体的制备：
将步骤一的BiFeO3纯相粉体与步骤二的Bi1-xRxFeO3纯相粉体按照(1-y):y的物质的量比
进行配料，其中0<y<1，得到混合配料；
四、向步骤三得到的混合配料中加入氧化锆球和无水乙醇，进行球磨混料；
五、将球磨混合后的粉末放入80℃烘箱中干燥8～12h，将干燥后的粉末研磨，造粒，
并将造粒后的干燥粉体依次过2～3种不同目数的筛子，筛子的目数依次增大，相邻筛子的
目数相差50～60目，所有筛子是目数范围均在100～200目，制备得到流动性好，颗粒尺寸
大小不均的混合粉体；
六、将过筛后的粉体在150～200MPa的压力下，预压成直径为10mm、厚度为0.9～1.5mm
后的圆片，然后于200MPa冷等静压处理，制备成致密化较高的陶瓷坯体；然后进行排胶，
具体是先以0.5℃/min升温至200℃，再以1℃/min升温至550℃，然后保温2h，得到成型
\t后的圆片状坯体；
七、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3复合陶瓷块体的制备：
将成型后的圆片状坯体进行烧结，烧结气氛为空气、氧气或氩气，烧结温度为
800～900℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间为10～60min，保温结束后立即取出，并用
90℃热水进行淬火处理，制备成陶瓷块体；
八、将步骤七制备得陶瓷块体进行砂纸打磨，将打磨后的陶瓷块体磨碎...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯华，张利伟，张洪军，王猛，罗蕙佳代，应鹏展，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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