钬铁石榴石电介质陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及钬铁石榴石电介质陶瓷的制备方法，所得钬铁石榴石电介质陶瓷的介电性能较好。所述钬铁石榴石电介质陶瓷的制备方法为：将三氧化二铁、三氧化二钬、氧化钙和二氧化硅混合后进行固相烧结，得到钬铁石榴石电介质陶瓷，其中三氧化二铁和三氧化二钬的摩尔比符合钬铁石榴石化学计量比；氧化钙、二氧化硅的质量均为三氧化二铁和三氧化二钬总质量的十万分之一至三十万分之一。固相烧结的具体步骤包括：（１）一次粉磨、１０５０－１２００℃下预烧；（２）预烧所得粉末重复步骤（１），进行二次预烧；（３）二次粉磨，烘干后过１１０－１３０目筛；（４）压片、烧结，其中烧结温度为１２５０－１４００℃。本发明专利技术显著改善了钬铁石榴石电介质陶瓷的介电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
近年来稀土石榴石作为一类磁性电介质材料也开始越来越受到关注(X.B.WU et al, Appl. Phys. Lett. 2009,95,182903 ；Y C. Yamasaki et al, Phys. Rev. B. 2009,80, 140412)，由于稀土石榴石材料的磁有序温度大多在室温以上，它们在室温下作为磁性电介 质材料具有广阔的应用前景。钬铁石榴石(Ho3Fe5O12)是一种传统的磁光、微波磁性材料， 人们主要关注其磁和磁光性能(J. h. Yang et al，Journal of Physics =Condensed Matter 2009,21,096004 ；H. Fykumura et adjournal of Physics :Condens-ed Matter 2009,21, 064221)，然而钬铁石榴石作为一种电介质陶瓷材料的制备工艺及其介电性能还未被研究。
技术实现思路
本专利技术提供一种，所得钬铁石榴石电介质陶瓷 的介电性能较好。所述为将三氧化二铁、三氧化二钬、氧化钙和 二氧化硅混合后进行固相烧结，得到钬铁石榴石电介质陶瓷，其中三氧化二铁和三氧化二 钬的摩尔比符合钬铁石榴石化学计量比；氧化钙、二氧化硅的质量均为三氧化二铁和三氧 化二钬总质量的十万分之一至三十万分之一。固相烧结是制备陶瓷的最广泛的方法，申请人通过对烧结工艺，特别是预烧温度、 烧结温度、以及升温速率和退火速率等条件的确定进行了实验摸索，优选固相烧结的具体 步骤包括(1) 一次粉磨、1050-1200°C下预烧；(2)预烧所得粉末重复步骤(1)，进行二次预烧；(3) 二次粉磨，烘干后过110-130目筛；(4)压片、烧结，其中烧结温度为1250_1400°C。进一步优选的步骤为(1)将三氧化二铁、三氧化二钬、氧化钙和二氧化硅的混合物以无水乙醇为介质进 行球磨，70-90°C下烘干后，将所得粉料在研钵中研磨2-3h，最后在空气中于1050-1200°C 下预烧3-5h，预烧温度最佳为1050°C ；(2)预烧所得粉末重复步骤(1)，进行二次预烧；(3) 二次预烧所得粉末加入质量百分比浓度为5% -10%的聚乙烯醇溶液，在研 钵中研磨l_3h，所述聚乙烯醇溶液的质量为二次预烧所得粉末质量的5% -10%，然后在 70-90°C下烘干后过110-130目筛；(4)将所得粉末在30-50MPa压强下压成半径为IOmm厚度为2_5mm的坯体，然后 置入坩埚中加入垫料在空气中烧结，升温速率为3-5°C /min，在500-600°C下排塑3-5h，其烧结温度为1250-1400°C，最好为1250°C，保温时间为3-5h，然后以1-2°C /min降到900-1000°C，最后随炉降至室温；(5)打磨、抛光、清洗。将清洗好的陶瓷用磁控溅射仪在其上下表面分别溅射钼电极，其中溅射顶电极采 取掩模板(掩模板如图1所示)遮挡溅射，顶电极直径为1.5mm，形成金属-绝缘体-金 属平行板电容器结构；用阻抗分析仪对其介电性能进行测量。上述磁控溅射所使用仪器为 JGP-350型高真空多靶磁控溅射仪，溅射气氛为氩气，溅射压强为lPa，溅射功率为60W，溅 射时间为5min ；所用阻抗分析仪为HP4194A型，测试电压为0. IV，测试频率为102，102 5，IO3, 103.5，IO4,104.5，IO5,105.5，IO6Hz,其温度测量区间为 100K-550K。本专利技术通过添加微量的氧化钙和二氧化硅使得钬铁石榴石电介质陶瓷的介电性 能得到了改善，所制备钬铁石榴石电介质陶瓷的低频介电常数在室温下最高可达5800。本 专利技术为制备新型的、弛豫的、高介电的、无铅电的介质陶瓷材料提供了可靠技术路线。附图说明图1 掩模板示意图；图2 :1040°C下预烧钬铁石榴石粉末的X射线衍射图谱；图3 :1050°C下预烧钬铁石榴石粉末的X射线衍射图谱；图4 :1100°C下烧结的钬铁石榴石陶瓷的扫描电镜图；图5 :1150°C下烧结的钬铁石榴石陶瓷的扫描电镜图；图6 :1200°C下烧结的钬铁石榴石陶瓷的扫描电镜图；图7 :1250°C下烧结的钬铁石榴石陶瓷的扫描电镜图；图8 :1250°C下烧结的钬铁石榴石陶瓷的X射线衍射图谱；图9 对照实施例1所得钬铁石榴石陶瓷在不同频率下介电常数随温度的变化；图10 实施例1所得钬铁石榴石陶瓷在不同频率下介电常数随温度的变化；图11 对照实施例1所得钬铁石榴石陶瓷在不同频率下介电损耗随温度的变化；图12 实施例1所得钬石榴石陶瓷在不同频率下介电损耗随温度的变化。具体实施例方式实施例1将三氧化二铁、三氧化二钬、氧化钙和二氧化硅混合后进行固相烧结，得到钬铁石 榴石电介质陶瓷，其中三氧化二铁和三氧化二钬的摩尔比符合钬铁石榴石化学计量比；氧 化钙和二氧化硅的质量均为三氧化二铁和三氧化二钬总质量的二十万分之一。固相烧结的具体步骤为(1)将三氧化二铁、三氧化二钬、氧化钙和二氧化硅的混合物以无水乙醇为介质进 行球磨，80°C下烘干后，将所得粉料在研钵中研磨3h，最后在空气中于1050°C下预烧5h ；(2)预烧所得粉末重复步骤(1)，进行二次预烧；(3) 二次预烧所得粉末加入质量百分比浓度为8%的聚乙烯醇溶液，在研钵中研 磨2h，所述聚乙烯醇溶液的质量为二次预烧所得粉末质量的6%，然后在80°C下烘干后过 120目筛；(4)将所得粉末在40MPa压强下压成半径为IOmm厚度为2mm的坯体，然后置入坩埚中加入垫料在空气中烧结，升温速率为5°C /min，在500°C下排塑3h，其烧结温度为 1250°C，保温时间为4h，然后以1°C /min降到950°C，最后随炉降至室温；(5)打磨、抛光、清洗。步骤⑵所得粉末的X射线衍射图谱如图3所示，与其余条件相同，预烧温度为 1040°C，所得粉末的X射线衍射图谱(图2)相比，可以看出，1040°C下预烧钬铁石榴石有杂 相；在1050°C下预烧的粉末为纯钬铁石榴石相。预烧温度过高不但造成能源浪费，而且会 使得粉末的颗粒大而造成压坯困难。因此钬铁石榴石粉末的较佳预烧温度为1050-1200°C， 最佳为1050°C。实施例2其余同实施例1，步骤(4)中烧结温度为1100°C。实施例3其余同实施例1，步骤(4)中烧结温度为1150°C。实施例4其余同实施例1，步骤(4)中烧结温度为1200°C。对照实施例1将三氧化二铁和三氧化二钬混合后进行固相烧结，得到钬铁石榴石电介质陶瓷， 其中三氧化二铁和三氧化二钬的摩尔比符合钬铁石榴石化学计量比。其余同实施例1。陶瓷的烧结温度过高不但造成能源浪费，而且会使得烧出陶瓷样品变形。图4、图 5、图6和图7分别为在1100、1150°C、1200°C和1250°C下烧结的钬铁石榴石电介质陶瓷的 扫描电镜图(SEM)，可以看出在低于1250°C烧结的钬铁石榴石陶瓷致密性较差，在1250°C 烧结的钬铁石榴石陶瓷达到较好的致密化。通过图8可以看出在1250°C下烧结钬铁石榴石 陶瓷为纯相。因此，钬铁石榴石陶瓷的较佳烧结温度为1250-1400°C，最佳为1250°C。对于电介质陶瓷人们一直期望高介电，低损耗。图9和10分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钬铁石榴石电介质陶瓷的制备方法，其特征在于，将三氧化二铁、三氧化二钬、氧化钙和二氧化硅混合后进行固相烧结，得到钬铁石榴石电介质陶瓷，其中三氧化二铁和三氧化二钬的摩尔比符合钬铁石榴石化学计量比；氧化钙、二氧化硅的质量均为三氧化二铁和三氧化二钬总质量的十万分之一至三十万分之一。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宿杰，吕笑梅，朱劲松，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]