核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷及其制备方法，属于电子信息功能陶瓷材料领域。本发明专利技术通过固相合成法制备Bi

Core-shell lanthanum doped bismuth ferrite / silica composite ceramics and its preparation

The invention discloses a core-shell lanthanum doped bismuth ferrite / silica composite ceramic and a preparation method thereof, belonging to the field of electronic information functional ceramic materials. Bi is prepared by solid phase synthesis method

【技术实现步骤摘要】
核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及电子信息功能陶瓷材料
，特别是在铁电陶瓷制备应用领域，更具体的说是涉及一种核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷及其制备方法。
技术介绍
Schmid教授把同时存在多种铁性(铁电性、铁磁性、铁弹性)有序的材料称为多铁性材料(Multiferroics)。其中，多铁材料的磁电耦合效应(MagnetoelectricEffects,ME)决定了该材料能在磁矩与电极化之间相互调控，可用于新一代电写磁读记忆材料的设计，为下一代功能电子元器件的设计提供了一个额外的自由度。利用多铁材料居里点(TC)附近的介电常数与磁导率突变特性，可制备出大电感一体化和高电容的电子元器件，以减少高密度电路板上器件数量，为解决电感性器件与电容性器件相互干扰问题提供了新的思路。铁酸铋(BiFeO3)，是一种变形的三角钙钛矿结构的多铁材料，具有最高的铁电居里温度(TC≈830℃)、较高的反铁磁转变温度(TN≈370℃)和较大的剩余极化值，这使BiFeO3成为近年来凝聚态物理、材料科学领域的重点研究热点之一。然而，BiFeO3在合成过程中，Bi2O3高温下易挥发、Fe元素价态容易波动(Fe3+→Fe2+)、杂项容易产生，这使得BiFeO3材料存在漏电流大、剩余极化值变小、介电损耗高、低电阻率等一系列缺点。并且BiFeO3自身结构存在周期为62nm的非对称螺旋结构，在宏观上表现出反铁磁性，体系的宏观磁性较弱。为改善上述技术缺陷，研究人员提出向铁酸铋中掺杂其他元素进行性能修正，现有技术中有通过在BiFeO3陶瓷中加入镧元素，显著提高了BiFeO3的铁电性能。虽然现有技术提高了铁酸铋陶瓷的铁电性能，但陶瓷漏电流密度较大。部分条件下陶瓷漏电流密度高达3.4×10-4A/cm2。因此，研制一种性能优异，可应用于多功能电子信息材料的核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
为克服上述技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于利用二氧化硅包覆镧掺杂铁酸铋颗粒的表面，制备成Bi1-xLaxFeO3@SiO2核壳结构的颗粒，并将Bi1-xLaxFeO3@SiO2核壳结构颗粒烧结制备铁电复合陶瓷，以克服BiFeO3陶瓷漏电严重、铁电性能差等问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种镧掺杂铁酸铋粉体，所述镧掺杂铁酸铋粉体的结构式为Bi1-xLaxFeO3，其中x为0.00-0.15；所述粉体包括原料：Bi2O3、Fe2O3和La2O3，并按照各元素化学计量比称量Bi2O3、Fe2O3和La2O3，通过固相合成法制得。此外，将所述镧掺杂铁酸铋粉体制备镧掺杂铁酸铋陶瓷，所述陶瓷样品的厚度为1mm。本专利技术还提供了一种镧掺杂铁酸铋粉体的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：1)按照化合物Bi1-xLaxFeO3的各元素化学计量比称量Bi2O3、Fe2O3和La2O3，研磨混合均匀，并将研磨后的粉末置于高温炉中煅烧，得到预烧粉体；2)在步骤1)得到的预烧粉体中加入球磨珠和乙醇进行球磨，并将球磨后的粉料过400-500目筛后烘干，最终获得镧掺杂铁酸铋粉体。优选地，所述步骤1)中，研磨后的粉体粒径为0.5～2μm，且所述煅烧温度为700～850℃，煅烧时间为0.5～5h。优选的，所述步骤2)中，球磨珠与预烧粉体、无水乙醇的添加物料比为(1-3):1：1；且球磨转速为200-400rpm，球磨时间为4-24h，以及所述球磨过筛后的粉料在60-80℃烘干12-24h得到预成品。此外，本专利技术还公开了一种核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷，包括上述的镧掺杂铁酸铋粉体，还包括二氧化硅，且所述镧掺杂铁酸铋粉体与二氧化硅的质量比为99:1～94:6。优选地，所述二氧化硅是利用原硅酸四乙酯作为修饰剂，于pH为9～10的碱性条件下水解得到。本专利技术还提供了一种核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：(1)将镧掺杂铁酸铋粉体分散在乙醇中，搅拌得到悬浊液；(2)对步骤(1)得到的悬浊液进行超声处理，边搅拌边加入原硅酸四乙酯得到混合溶液，并调节混合溶液的pH值至9～10，搅拌2～4h后烘干得到前驱体；(3)将步骤(2)得到的前驱体置于高温炉中，在500～700℃的温度条件下煅烧10～60min，得到核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅粉体，并在粉体中加入聚乙烯醇造粒得到粉料；(4)将步骤(3)得到的粉料过筛、压制获得陶瓷素坯；并在750～900℃的温度条件下对陶瓷素坯进行烧结0.5～10h，最终获得本专利技术公开的核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷。优选地，所述步骤(2)中，按照镧掺杂铁酸铋粉体二氧化硅为99:1～94:6的质量比称取原硅酸四乙酯；且烘干温度为60～120℃，烘干时间为12～24h。优选地，所述步骤(3)中，按照每滴聚乙烯醇加入(0.5～2)克粉体的比例，在核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅粉体中加入聚乙烯醇进行造粒。优选地，所述步骤(4)中，对造粒粉料过40～80目筛，并在40～70MPa压强下压制成10mm×1mm的陶瓷素坯。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷及其制备方法，不仅制备工艺简单，制备条件要求低，而且所制得的BiFe1-xLaxO3@SiO2复合陶瓷致密度高、漏电流密度小、剩余极化值得到提升，能应用于电子信息功能陶瓷材料领域，为下一代多功能电子信息材料的设计和发展提供了无限的可能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。附图1为本专利技术实施例1-3的XRD图。附图2为本专利技术实施例4-6的漏电流密度对比图。附图3为本专利技术实施例4-6的剩余极化值对比图。附图4为本专利技术实施例8的漏电流密度图。附图5为本专利技术实施例8的电滞回线图。附图6为本专利技术Bi0.9La0.1FeO3及Bi0.9La0.1FeO3@SiO2的SEM及EDS图(a为Bi0.9La0.1FeO3粉体、b为Bi0.9La0.1FeO3@SiO2粉体、c为不同区域元素分析)。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开保护一种镧掺杂铁酸铋粉体，所述镧掺杂铁酸铋粉体的结构式为Bi1-xLaxFeO3，其中x为0.00～0.15；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镧掺杂铁酸铋粉体，其特征在于，所述镧掺杂铁酸铋粉体的结构式为Bi

【技术特征摘要】
1.一种镧掺杂铁酸铋粉体，其特征在于，所述镧掺杂铁酸铋粉体的结构式为Bi1-xLaxFeO3，其中x为0.00-0.15；所述粉体包括原料：Bi2O3、Fe2O3和La2O3，并按照各元素化学计量比称量Bi2O3、Fe2O3和La2O3，通过固相合成法制得。


2.如权利要求1所述的一种镧掺杂铁酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
1)按照化合物Bi1-xLaxFeO3的各元素化学计量比称量Bi2O3、Fe2O3和La2O3，研磨混合均匀，并将研磨后的粉末置于高温炉中煅烧，得到预烧粉体；
2)在步骤1)得到的预烧粉体中加入球磨珠和乙醇进行球磨，并将球磨后的粉料过400-500目筛后烘干，最终获得镧掺杂铁酸铋粉体。


3.根据权利要求2所述的一种镧掺杂铁酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，研磨后的粉体粒径为0.5-2μm，且所述煅烧温度为700-850℃，煅烧时间为0.5-5h。


4.根据权利要求2所述的一种镧掺杂铁酸铋粉体的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，球磨珠与预烧粉体、无水乙醇的添加物料比为(1-3):1：1；且球磨转速为200-400rpm，球磨时间为4-24h，以及所述球磨过筛后的粉料在60-80℃烘干12-24h得到预成品。


5.核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷，其特征在于，包括如权利要求1所述的镧掺杂铁酸铋粉体，还包括二氧化硅，且所述镧掺杂铁酸铋粉体与二氧化硅的质量比为99:1～94:6。


6.根据权利要求5所述的核壳型镧掺杂铁酸铋/二氧化硅复合陶瓷，其特征在于，所述二氧化硅是利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾一明，白培加，韩娇，李明伟，李宇彤，
申请(专利权)人：昆明贵研新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53