CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3 磁电复合材料及其制备方法技术

一种CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料及其制备方法，通过制备0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体，然后经过造粒、过筛得到0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末，再将0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末与CoFe2O4粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中压制成型后煅烧。本发明专利技术制得的磁电复合材料具有优异的铁电、介电以及磁电性能。本发明专利技术制得的材料致密性良好，无明显大气孔存在，两相晶粒尺寸均匀，均在亚微米数量级，无明显的界面原子扩散现象，界面耦合较好，从而提高了复合材料的磁电转换性能。

【技术实现步骤摘要】
CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料及其制备方法
本专利技术属于材料科学领域，涉及一种CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着信息技术的不断发展，器件的小型化、多功能化，使得人们对集电性与磁性于一身的多功能材料研究兴趣不断高涨。因此，包括铁电介电材料和磁性材料在内的元器件的微型化和小型化是必然趋势，而集铁电性与铁磁性于一体的磁电复合材料拥有相同的体积却可以在电路上拥有更多的功能。多铁性材料不但具备各种单一的铁性(如铁电性、铁磁性和铁弹性)，而且通过铁性的耦合协同作用能产生一些新的功能，大大拓宽了铁性材料的应用范围，利用多铁性材料制成的元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能，广泛地应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域。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。但由于压电相(铁磁相)在铁磁(压电)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。2-2型磁电复合材料是将铁电相粉体和铁磁相粉体按照垒层叠加的方式使其共烧在一起的磁电复合材料。此种结构可较大范围调整压磁相的含量，所以磁电电压系数得到大幅度提高。由于电阻率很高的铁电相层可以完全阻断磁性相层的连通，使得材料整体的漏电流较小，有利于材料磁电性能的提高。但是2-2型磁电复合材料由于热收缩率和烧结温度的问题，两相不易烧结在一起，容易产生分层，翘曲，断裂。荷兰Philips实验室首先把铁磁相的CoFe2O4与铁电相的BaTiO3粉末按一定的比例混合，然后升温使之共熔原位复合，最后按一定的速率降温至室温便得到以磁电复合体为主要成分的固溶体。这种方法温度太高，易产生一些不可预料的相，降低复合材料的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料及其制备方法，该方法能制备出铁电、介电、磁电性能优异的磁电复合材料。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料，该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且11.1％≤x≤33.3％。该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且22.2％≤x≤33.3％。该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且x＝33.3％。一种CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料的方法，包括以下步骤：1)按照化学通式0.4BaTiO3-0.6BiFeO3将分析纯的BaCO3、TiO2、Bi2O3、Fe2O3通过球磨混合均匀，然后过筛、压块，再经880～920℃预烧4～6小时，然后将所得块状产物粉碎后过120目筛，得到0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体；2)然后，向0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末；向CoFe2O4粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的CoFe2O4粉末；3)按照xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且11.1％≤x≤33.3％，将0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末和CoFe2O4粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中压制成型；4)排除PVA粘合剂后再于1000～1050℃下烧结2～4小时成瓷，得到CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料。所述步骤1)中球磨的时间为4-6小时。所述步骤2)中CoFe2O4粉体通过以下方法制得：按照化学通式CoFe2O4，将分析纯的Co3O4、Fe2O3混合后球磨4～6小时，然后过筛、压块，再经1000～1020℃预烧4～6小时，然后将所得块状产物粉碎后过120目筛，得到CoFe2O4粉体。所述步骤2)中向0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体中加入PVA粘合剂的质量为0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体质量的8％～15％；向CoFe2O4粉体中加入PVA粘合剂的质量为CoFe2O4粉体质量的8％～15％。所述步骤2)中PVA粘合剂为质量分数10％的聚乙烯醇水溶液。所述步骤3)中2-2复合的垒层叠加排列方式具体为：按照从上向下依次为0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末、CoFe2O4粉末、0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末的顺序垒叠在一起；或按照从上向下依次为0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末、CoFe2O4粉末、0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末、CoFe2O4粉末、0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末的顺序垒叠在一起。所述排除PVA粘合剂具体是：在温度为550-600℃下保温3-5小时。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术通过以分析纯的BaCO3、TiO2、Bi2O3、Fe2O3为原料，制备0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体，然后经过造粒、过筛得到0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末，再将0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末与CoFe2O4粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式在模具中压制成型，然后排除PVA粘合剂后经煅烧得到CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料。本专利技术中由于将0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末和CoFe2O4粉末采用了2-2复合的垒层叠加排列方式将铁电铁磁相以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，使其既具有较好的铁电性又具有较好的铁磁性；由于采用共烧的方式避免了现有技术中产生不可预料的相的问题，从而提高了磁电复合材料的性能，并且该制备方法仅仅通过制得两种粉末压制成型后，排除PVA粘合剂，然后烧结，即可得到产品，所以制备方法简单易行。本专利技术制得的磁电复合材料具有优异的铁电、介电以及磁电性能。当频率为60赫兹时，复合材料介电常数为280～360，介电损耗为0.69～0.78。复合材料的各组分的饱和极化强度Ps为30.3～33.0μC/cm2，矫顽场Ec为26.5～32.5kV/cm，其饱和磁化强度Ms为8.4～15.3emu/g，矫顽场Hc为113.4～195.8Oe。另外，本专利技术采用的原料中由于不存在铅，所以制备方法不会造成污染，将0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末和CoFe2O4粉末按照2-2复合的垒层叠加排列方式烧结在一起，层与层之间不需要粘合剂，因而应力应变的传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
CoFe2O4/0.4BaTiO3‑0.6BiFeO3磁电复合材料，其特征在于，该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1‑x)0.4BaTiO3‑0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且11.1％≤x≤33.3％。

【技术特征摘要】
1.CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料，其特征在于，该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且11.1％≤x≤33.3％；该磁电复合材料按照从上向下依次为0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末、CoFe2O4粉末、0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末的顺序垒叠在一起；或按照从上向下依次为0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末、CoFe2O4粉末、0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末、CoFe2O4粉末、0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末的顺序垒叠在一起。2.根据权利要求1所述的CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料，其特征在于，该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且22.2％≤x≤33.3％。3.根据权利要求1所述的一种CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料，其特征在于，该磁电复合材料的化学式为：xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，且x＝33.3％。4.一种制备如权利要求1所述的CoFe2O4/0.4BaTiO3-0.6BiFeO3磁电复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按照化学通式0.4BaTiO3-0.6BiFeO3将分析纯的BaCO3、TiO2、Bi2O3、Fe2O3通过球磨混合均匀，然后过筛、压块，再经880～920℃预烧4～6小时，然后将所得块状产物粉碎后过120目筛，得到0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体；2)然后，向0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的0.4BaTiO3-0.6BiFeO3粉末；向CoFe2O4粉体中加入PVA粘合剂后造粒，再经60目筛网过筛，得到粒径均匀的CoFe2O4粉末；3)按照xCoFe2O4/(1-x)0.4BaTiO3-0.6BiFeO3，其中x为CoFe2O4的质量百分数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海波，张戈，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