一种铁电/铁磁复相陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铁电／铁磁复合陶瓷的制备方法，采用的是ｓｏｌ－ｇｅｌ原位法，其铁电相为ＰｂＴｉＯ↓［３］相，铁磁相为ＮｉＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］相。制备方法：以醋酸铅，钛酸丁酯，醋酸镍和硝酸铁为溶质，乙酸和乙二醇甲醚为溶剂配制溶胶先驱体。烘干后在不同温度下预热处理，得到陶瓷先驱体，将其压成片状，在不同温度下烧结得到ＰｂＴｉＯ↓［３］／ＮｉＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］复相陶瓷。本发明专利技术工艺简单，成本低；用ｓｏｌ－ｇｅｌ法原位制备方法可使铁电、铁磁两相在微观尺度上均匀分布，大大增加接触面积，使磁电系数更高；可以有效避免铁磁相颗粒相互接触而导通，从而产生渗流效应且渗流阈值很高，得到高介电常数、高磁导率的复相材料。

Method for preparing ferroelectric / ferromagnetic composite ceramics

The invention discloses a preparation method of ferroelectric / ferromagnetic composite ceramics, using the sol gel method in situ, the ferroelectric phase is PbTiO: 3 phase and ferromagnetic phase for NiFe: 2 O: 4. Methods: the precursor of sol was prepared with lead acetate, butyl titanate, nickel acetate and ferric nitrate as solute, acetic acid and ethylene glycol monomethyl ether as solvent. After drying at different temperature by preheating treatment, ceramic precursor, press it into flake, sintered at different temperatures: 3 PbTiO / NiFe: 2 O: 4 composite ceramics. The invention has the advantages of simple process, low cost; using sol - gel method in situ preparation method can make the ferroelectric and ferromagnetic phase in micro scale uniform distribution, greatly increase the contact area, the magnetoelectric coefficient is higher; can effectively avoid the ferromagnetic particles contact and conduction, resulting in the effect of seepage and percolation threshold is very high composite materials, high dielectric constant and high permeability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁电/铁磁复相陶瓷
，特别涉及到一种sol-gel原位制备高介电、高磁导率铁电/铁磁复相陶瓷的方法。
技术介绍
随着移动通讯和计算机技术的飞速发展，各种电子设备逐渐变得高度集成化、小型化、多功能化和快速响应化。由于电子设备的高度集成化和小型化，使得电子设备间的电子干扰越来越严重，因而需要更多的抗电磁干扰(EMI)滤波器分布在日益狭小的电路板上。于是产生了一个矛盾，即电子设备的小型化和集成化与EMI滤波器的大量需求之间的矛盾。由于现在的无源滤波器由分立的电容和电感元件所组成，真正的集成迫切需要一种同时具有电容和电感两种特性的材料，而在同一相内同时存在铁电性和铁磁性的材料是很少见的，铁电/铁磁复合材料便应运而生。铁电/铁磁复相材料是一类极具潜力的新型电子材料。由于这类复合材料中既有铁电相，又有铁磁相，有望同时具有电容和电感两种特性，开发出的LC集成滤波器，可望实现更广泛意义上的集成，达到进一步小型化的目的。然而，通常情况下，考虑到复合定律的限制以及复相材料不同相间的相互作用，两相复合后，其各自的性能会降低，并且随着对应相含量的减少而迅速下降，也即含有越多的铁电相其铁磁性就越小，反之亦然。因而普通的复相材料通常无法实现既保证具有高的介电性，又保证具有高的铁磁性，也就无法将单一材料直接用于元器件实现更广泛意义上的集成。渗流理论为提高复相材料的介电性能提供了一种思路。渗流理论指出，导电相和介电相复合体系中当导体的体积含量处在一临界值附近时，材料的介电常数等特性会发生非线性增强，这种现象称为渗流效应，此时导电相的体积含量称为渗流阈值。可见，利用渗流效应将会是获得高介电性能铁电/铁磁复相材料的有效途径。南策文等人开始将渗流理论应用到高分子铁电/铁磁复相材料来提高其介电常数，2005年，他们在AdvancedFunctional Materials(Y.Shen，Z.X.Yue，M.Li，C.W.Nan，Adv.Funct.Mater.15，(2005)1100-1103)上发表文章，将金属相加入到高分子相中，得到高分子材料/金属/铁氧体(PVDF/Ni/NiZn-ferrite)三相复合材料，并发生了渗流效应，使其介电常数有很大提高，由于金属的作用，相对于PVDF/NiZn-ferrite两相来说其磁导率电有所提高，但其渗流阈值很低(约为0.095)，即需要在铁氧体的含量很低时才能产生渗流效应，因而复相材料的磁导率仍然比较低。目前还没有人对渗流理论在铁电/铁磁复相陶瓷中应用进行研究。由于通常情况下理论渗流阈值比较小(＜0.2)，按此，对铁电/铁磁复相陶瓷来说，其铁氧体的含量就比较少，复相材料的磁导率会很小，因而如果要在得到高介电常数的同时得到高的磁导率，必须提高渗流阈值，即在具有很高铁氧体含量的情况下发生渗流效应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用sol-gel法原位制备微观尺度上均匀分布的高介电、高磁导率的方法。本专利技术的铁电/铁磁复合陶瓷，其铁电相为PbTiO3相，铁磁相为NiFe2O4相。本专利技术的铁电/铁磁复相陶瓷的制备方法，采用的是sol-gel原位制备方法，其步骤如下1)醋酸铅溶入乙酸，控制浓度在2mol/L～5mol/L范围内，搅拌使其全部溶解，得到溶液甲；2)钛酸丁酯溶入乙二醇甲醚，控制浓度在1mol/L～5mol/L范围内，搅拌至混合均匀，得到溶液乙；3)醋酸镍溶入乙二醇甲醚，控制其浓度在0.1mol/L～0.5mol/L范围内，搅拌使其全部溶解，得到溶液丙；4)硝酸铁溶入乙二醇甲醚，控制其浓度在0.1mol/L～0.5mol/L范围内，搅拌使其全部溶解，得到溶液丁；5)甲、乙、丙、丁四种溶液混合，搅拌至均匀，控制其中Pb、Ti、Ni、Fe四种组分的浓度分别为Pb0.06mol/L～0.02mol/L，Ti0.06mol/L～0.02mol/L，Ni0.14mol/L～0.18mol/L，Fe0.28mol/L～0.36mol/L，得到先驱体溶胶；6)将步骤5)配制的溶胶在80℃～110℃加热30h～72h，得到干凝胶；7)研碎干凝胶，在500℃～800℃温度下预热处理1h～2h，得到陶瓷先驱体；8)将陶瓷先驱体在3～6MPa压力下压成片状，在1050℃～1200℃热处理1.5h～2.5h，得到铁电/铁磁两相复合陶瓷。本专利技术与
技术介绍
相比具有的有益的效果是1、用sol-gel法原位形成的铁电/铁磁复相陶瓷，可使铁电相和铁磁相在分子尺度上均匀复合，从而可以形成尺度仅在纳米量级的复相陶瓷；2、用sol-gel法原位形成的铁电/铁磁复相陶瓷，由于使得铁电相和铁磁相能够在微观尺度上均匀混合，因此可以在更小尺度上保持接触，大大增加接触面积，使磁电系数更高；3、由于所选用的NiFe2O4属导电性较好的半导相，而PbTiO3则是很好的绝缘相，因而两相复合可产生明显的渗流效应；4、sol-gel法原位制备技术可使铁电相与铁磁相在分子级别的混合，达到微观均匀的分布，其中铁电相均匀包裹在铁磁相周围，在很大程度上避免铁氧体的偏聚而导通，从而在铁氧体含量很高时产生渗流效应，得到既有高介电常数又有高磁导率的铁电/铁磁复相陶瓷，实验表明，当NiFe2O4的含量为70％～90％时，受渗流效应的影响，复合陶瓷的介电常数为纯PbTiO3的介电常数的1.5～25倍，发生渗流效应时，复合陶瓷的磁导率为纯NiFe2O4的48％～92％；5、sol-gel法原位铁电/铁磁复相陶瓷制备技术工艺简单，成本低廉，具有良好的市场前景。附图说明图1是本专利技术的铁电/铁磁复相陶瓷的XRD曲线，曲线中的◆、▲分别代表PbTiO3相和NiFe2O4相的XRD峰位；图2是本专利技术的复相陶瓷的SEM照片，其中(a)、(b)、(c)中插入的图为放大图片；图3是本专利技术的复相陶瓷的介电常数及磁导率100KHz时随PbTiO3含量变化的曲线。具体实施例方式实施例1醋酸铅溶于乙酸，钛酸丁酯、醋酸镍和硝酸铁分别溶于乙二醇甲醚，其浓度分别为5mol/L、5mol/L、0.1mol/L和0.1mol/L。然后四种溶液混合，得到Pb-Ti-Ni-Fe先驱体溶胶，四种组分的摩尔浓度分别为0.06mol/L、0.06mol/L、0.14mol/L和0.28mol/L。在90℃下烘干60h先驱体溶胶，然后在650℃下预处理2h，得到以非晶相为主的含有PbTiO3和NiFe2O4两相的陶瓷先驱体，将其在6MPa压力下压成环状，在1200℃下热处理2h，得到PbTiO3和NiFe2O4两相复合陶瓷。复相陶瓷的成分见附图1曲线1，由图可见，本实例条件下生成的陶瓷为PbTiO3、NiFe2O4两相。其形貌见附图2(a)，由图可见，本实例条件下生成的复相陶瓷比较疏松，生成的较少量NiFe2O4均匀分散在PbTiO3相中。其100KHz时介电常数及磁导率见附图3，如图所示，本实例条件下生成的复相陶瓷100KHz时介电常数为310，是纯PbTiO3的1.5倍；其磁导率为5.3，为纯NiFe2O4的48％。实施例2醋酸铅溶于乙酸，钛酸丁酯、醋酸镍和硝酸铁分别溶于乙二醇甲醚，其浓度分别为4mol/L、4mol/L、0.2mol/L和0.2mol/L。然后四种溶液混合，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁电／铁磁复合陶瓷的制备方法，其特征在于步骤如下：　　　　１）醋酸铅溶入乙酸，控制浓度在２ｍｏｌ／Ｌ～５ｍｏｌ／Ｌ范围内，搅拌使其全部溶解，得到溶液甲；　　　　２）钛酸丁酯溶入乙二醇甲醚，控制浓度在１ｍｏｌ／Ｌ～５ｍｏｌ／Ｌ范围内，搅拌至混合均匀，得到溶液乙；　　　　３）醋酸镍溶入乙二醇甲醚，控制其浓度在０．１ｍｏｌ／Ｌ～０．５ｍｏｌ／Ｌ范围内，搅拌使其全部溶解，得到溶液丙；　　　　４）硝酸铁溶入乙二醇甲醚，控制其浓度在０．１ｍｏｌ／Ｌ～０．５ｍｏｌ／Ｌ范围内，搅拌使其全部溶解，得到溶液丁；　　　　５）甲、乙、丙、丁四种溶液混合，搅拌至均匀，控制其中Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ四种组分的浓度分别为：Ｐｂ：０．０６ｍｏｌ／Ｌ～０．０２ｍｏｌ／Ｌ，Ｔｉ：０．０６ｍｏｌ／Ｌ～０．０２ｍｏｌ／Ｌ，Ｎｉ：０．１４ｍｏｌ／Ｌ～０．１８ｍｏｌ／Ｌ，Ｆｅ：０．２８ｍｏｌ／Ｌ～０．３６ｍｏｌ／Ｌ，得到先驱体溶胶；　　　　６）将步骤５）配制的溶胶在８０℃～１１０℃加热３０ｈ～７２ｈ，得到干凝胶；　　　　７）研碎干凝胶，在５００℃～８００℃温度下预热处理１ｈ～２ｈ，得到陶瓷先驱体；　　　　８）将陶瓷先驱体在３～６ＭＰａ压力下压成片状，在１０５０℃～１２００℃热处理１．５ｈ～２．５ｈ，得到铁电／铁磁两相复合陶瓷。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜丕一，董艳玲，宋晨路，翁文剑，韩高荣，赵高凌，沈鸽，徐刚，张溪文，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]