一種高致密化多鐵性(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷的制備方法技術(shù)

一種高致密化多鐵性(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷的制備方法，涉及一種復(fù)合陶瓷的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)是要解決傳統(tǒng)方法制備多鐵性(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷致密化低、漏電流大的問(wèn)題。方法：一、BiFeO3純相粉體的制備；二、Bi1?xRxFeO3純相粉體的制備；三、(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷粉體的制備；四、球磨混料；五、將球磨混合后的粉末干燥，研磨，造粒；六、將過(guò)篩后的粉體冷等靜壓處理，排膠；七、(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷塊體的制備；八、將步驟七制備得陶瓷塊體進(jìn)行砂紙打磨，磨碎，造粒，排膠；九、將步驟八得到的排膠后的陶瓷坯體進(jìn)行二次燒結(jié)，即得復(fù)合陶瓷。本方法用于復(fù)合陶瓷領(lǐng)域。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種復(fù)合陶瓷的制備方法。
技術(shù)介紹
鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)BiFeO3是單相多鐵材料中為數(shù)不多的，同時(shí)具有鐵電性與反鐵磁性的多鐵性材料，因其具有較高的居里溫度(Tc～830℃)、反鐵磁尼爾溫度(TN～370℃)和高自發(fā)極化值(～100μC·cm-2)而成為首選的室溫下可以應(yīng)用的磁電材料。而且這種磁和電的相互調(diào)控作用在轉(zhuǎn)換器、振蕩器、存儲(chǔ)器尤其是多態(tài)存儲(chǔ)器等器件上有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。但是BiFeO3本身存在著一定的缺陷與攻克難關(guān)，比如室溫下不能表現(xiàn)出很好的磁電耦合效應(yīng)，合成過(guò)程中存在雜相等，尤其是BiFeO3的漏電流問(wèn)題，一直是近年來(lái)很多研究多鐵陶瓷學(xué)者需要攻克的一個(gè)很大的難關(guān)。目前，很多學(xué)者通過(guò)元素?fù)诫s改性，薄膜制備，及復(fù)合材料制備等方法來(lái)對(duì)單相多鐵材料的漏電流問(wèn)題進(jìn)行解決，并對(duì)其性能等進(jìn)行提高，從而提高其磁電耦合性能。基于這些方法有不少學(xué)者已經(jīng)制備出了鐵電性能優(yōu)異的BiFeO3陶瓷。但是這些方法的制備工藝相對(duì)比較復(fù)雜，且對(duì)設(shè)備的要求高，成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是要解決傳統(tǒng)方法制備多鐵性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷致密化低、漏電流大的問(wèn)題，提供一種高致密化多鐵性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷的制備方法。本專利技術(shù)高致密化多鐵性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷的制備方法，按以下步驟進(jìn)行：一、BiFeO3純相粉體的制備：①依照BiFeO3陶瓷化學(xué)式，按化學(xué)計(jì)量比稱量鉍鹽和鐵鹽，分別融解于1～3mol/L的硝酸溶液中，強(qiáng)烈攪拌30min，得到鉍鹽溶液和鐵鹽溶液，由于鉍元素的揮發(fā)性，Bi過(guò)量1％～10％；②將溶解完全、均勻的鉍鹽溶液倒入鐵鹽溶液，強(qiáng)烈攪拌2～3h，得到鉍鐵溶液；③將溶解完全、均勻的鉍鐵溶液和2.5mol/L的氨水向預(yù)沉淀環(huán)境中共同滴定，滴定速率均為45～55滴/分鐘，所述預(yù)沉淀環(huán)境為pH值為8～12的氨水；④將所得沉淀進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌1～3h，然后靜置，離心，于80℃烘干12～15h；⑤將烘干的沉淀研磨，然后放入氧化鋁坩堝中，以5～8℃/min升溫至550℃并保溫1～3h，隨爐冷卻至室溫，得到BiFeO3純相粉體；二、Bi1-xRxFeO3純相粉體的制備：①依照化學(xué)式Bi1-xRxFeO3，其中0<x<0.4，R為釹元素、鑭元素、鏑元素或鈰元素，按化學(xué)計(jì)量比稱量鉍鹽、R鹽和鐵鹽，分別溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，強(qiáng)烈攪拌30min，得到鉍鹽溶液、R鹽溶液和鐵鹽溶液，由于鉍元素的揮發(fā)性，Bi過(guò)量1％～10％；②將溶解完全、均勻的鉍鹽溶液、R鹽溶液和鐵鹽溶液混合，強(qiáng)烈攪拌2～3h，得到鉍R鐵溶液；③將溶解完全、均勻的鉍R鐵溶液與2.5mol/L的氨水向預(yù)沉淀環(huán)境中共同滴定，滴定速率均為45～55滴/分鐘，所述預(yù)沉淀環(huán)境為pH值為8～12的氨水；④將所得沉淀進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌1～3h，然后靜置，離心，于80℃烘干12～15h；⑤將烘干的沉淀研磨，然后放入氧化鋁坩堝中，以5～8℃/min升溫至550℃并保溫1～3h，隨爐冷卻至室溫，得到Bi1-xRxFeO3純相粉體；三、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷粉體的制備：將步驟一的BiFeO3純相粉體與步驟二的Bi1-xRxFeO3純相粉體按照(1-y):y的物質(zhì)的量比進(jìn)行配料，其中0<y<1，得到混合配料；四、向步驟三得到的混合配料中加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，進(jìn)行球磨混料，混合配料、氧化鋯球和無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:3:1，球磨混料時(shí)間為12h以上；球磨速率為300～450r/min，其中無(wú)水乙醇≥分析純；五、將球磨混合后的粉末放入80℃烘箱中干燥8～12h，將干燥后的粉末研磨，造粒，并將造粒后的干燥粉體依次過(guò)2～3種不同目數(shù)的篩子，篩子的目數(shù)依次增大，相鄰篩子的目數(shù)相差50～60目，所有篩子是目數(shù)范圍均在100～200目，制備得到流動(dòng)性好，顆粒尺寸大小不均的混合粉體；此處造粒是為了增加粉體的流動(dòng)性，過(guò)不同篩子是為了增加粉體顆粒大小不均的比例，這兩種方法均是提高陶瓷致密化的重要步驟；六、將過(guò)篩后的粉體在150～200MPa的壓力下，預(yù)壓成直徑為10mm、厚度為0.9～1.5mm后的圓片，然后于200MPa冷等靜壓處理，制備成致密化較高的陶瓷坯體；然后進(jìn)行排膠，具體是先以0.5℃/min升溫至200℃，再以1℃/min升溫至550℃，然后保溫2h，得到成型后的圓片狀坯體；七、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷塊體的制備：將成型后的圓片狀坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為空氣、氧氣或氬氣，燒結(jié)溫度為800～900℃，升溫速率為5～20℃/min，保溫時(shí)間為10～60min，保溫結(jié)束后立即取出，并用90℃熱水進(jìn)行淬火處理，制備成陶瓷塊體；八、將步驟七制備得陶瓷塊體進(jìn)行砂紙打磨，將打磨后的陶瓷塊體磨碎，再進(jìn)行造粒，造粒方法同步驟五，將造粒完的粉體靜置8～15h，使其充分干燥，然后過(guò)100目篩，150～200MPa的壓力下壓制陶瓷坯體；然后進(jìn)行排膠，具體是先以0.5℃/min升溫至200℃，再以1℃/min升溫至550℃，然后保溫2h，得到排膠后的陶瓷坯體；九、將步驟八得到的排膠后的陶瓷坯體按照步驟七中的方法進(jìn)行二次燒結(jié)，即得到高致密化多鐵性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷。本方法制備得到的復(fù)合多鐵性陶瓷的組成通式是：(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3，其中：Bi為鉍元素，R為釹元素、鑭元素、鏑元素或鈰元素，F(xiàn)e為鐵元素，O為氧元素；0<x<0.4，0<y<1，x、y均為摩爾分?jǐn)?shù)。步驟一中所有化學(xué)試劑均在分析純以上；步驟一①中所述鉍鹽為硝酸鉍或次硝酸鉍，鐵鹽為硝酸鐵；步驟一中攪拌速率為150～300r/min；步驟一③鉍鐵溶液與2.5mol/L的氨水在1min內(nèi)滴定的體積比為10：(7～15)；步驟二中所述的鉍鹽為硝酸鉍或次硝酸鉍，鐵鹽為硝酸鐵，R鹽為釹鹽、鑭鹽、鏑鹽或鈰鹽，其中釹鹽為硝酸釹，鑭鹽為硝酸鑭，鏑鹽為硝酸鏑，鈰鹽為硝酸鈰，其純度均在分析純以上。步驟二中攪拌速率為150～300r/min；步驟二③中鉍R鐵溶液與2.5mol/L的氨水在1min內(nèi)滴定的體積比為10：(7～15)二次燒結(jié)可以使晶粒生長(zhǎng)完全，晶粒增大，增強(qiáng)結(jié)晶性，修復(fù)晶格缺陷，增強(qiáng)陶瓷的致密性，減少漏電流，提高其鐵電性能。凡是關(guān)于二次燒結(jié)或多次燒結(jié)的方法均在本技術(shù)的保護(hù)范圍之內(nèi)。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)在傳統(tǒng)多鐵復(fù)合陶瓷制備的基礎(chǔ)之上，根據(jù)(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷的配比，通過(guò)氣氛保護(hù)與二次燒結(jié)工藝，制備出了相對(duì)致密度高達(dá)79.89％陶瓷坯體，二次燒結(jié)陶瓷塊體的相對(duì)致密度也可以高達(dá)97.56％，而初次燒結(jié)的陶瓷坯體相對(duì)致密度不足65％，陶瓷塊體相對(duì)致密度也不足95％；并且本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高致密化多鐵性(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行：一、BiFeO3純相粉體的制備：①依照BiFeO3陶瓷化學(xué)式，按化學(xué)計(jì)量比稱量鉍鹽和鐵鹽，分別溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，攪拌30min，得到鉍鹽溶液和鐵鹽溶液，其中Bi過(guò)量1％～10％；②將鉍鹽溶液倒入鐵鹽溶液中，攪拌2～3h，得到鉍鐵溶液；③將鉍鐵溶液和2.5mol/L的氨水向預(yù)沉淀環(huán)境中共同滴定，滴定速率均為45～55滴/分鐘，所述預(yù)沉淀環(huán)境為pH值為8～12的氨水；④將所得沉淀進(jìn)行攪拌1～3h，然后靜置，離心，于80℃烘干12～15h；⑤將烘干的沉淀研磨，然后放入氧化鋁坩堝中，以5～8℃/min升溫至550℃并保溫1～3h，隨爐冷卻至室溫，得到BiFeO3純相粉體；二、Bi1?xRxFeO3純相粉體的制備：①依照化學(xué)式Bi1?xRxFeO3，其中0<x<0.4，R為釹元素、鑭元素、鏑元素或鈰元素，按化學(xué)計(jì)量比稱量鉍鹽、R鹽和鐵鹽，分別溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，攪拌30min，得到鉍鹽溶液、R鹽溶液和鐵鹽溶液，其中Bi過(guò)量1％～10％；②將鉍鹽溶液、R鹽溶液和鐵鹽溶液混合，攪拌2～3h，得到鉍R鐵溶液；③將鉍R鐵溶液與2.5mol/L的氨水向預(yù)沉淀環(huán)境中共同滴定，滴定速率均為45～55滴/分鐘，所述預(yù)沉淀環(huán)境為pH值為8～12的氨水；④將所得沉淀進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌1～3h，然后靜置，離心，于80℃烘干12～15h；⑤將烘干的沉淀研磨，然后放入氧化鋁坩堝中，以5～8℃/min升溫至550℃并保溫1～3h，隨爐冷卻至室溫，得到Bi1?xRxFeO3純相粉體；三、(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷粉體的制備：將步驟一的BiFeO3純相粉體與步驟二的Bi1?xRxFeO3純相粉體按照(1?y):y的物質(zhì)的量比進(jìn)行配料，其中0<y<1，得到混合配料；四、向步驟三得到的混合配料中加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，進(jìn)行球磨混料；五、將球磨混合后的粉末放入80℃烘箱中干燥8～12h，將干燥后的粉末研磨，造粒，并將造粒后的干燥粉體依次過(guò)2～3種不同目數(shù)的篩子，篩子的目數(shù)依次增大，相鄰篩子的目數(shù)相差50～60目，所有篩子是目數(shù)范圍均在100～200目，制備得到流動(dòng)性好，顆粒尺寸大小不均的混合粉體；六、將過(guò)篩后的粉體在150～200MPa的壓力下，預(yù)壓成直徑為10mm、厚度為0.9～1.5mm后的圓片，然后于200MPa冷等靜壓處理，制備成致密化較高的陶瓷坯體；然后進(jìn)行排膠，具體是先以0.5℃/min升溫至200℃，再以1℃/min升溫至550℃，然后保溫2h，得到成型后的圓片狀坯體；七、(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷塊體的制備：將成型后的圓片狀坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為空氣、氧氣或氬氣，燒結(jié)溫度為800～900℃，升溫速率為5～20℃/min，保溫時(shí)間為10～60min，保溫結(jié)束后立即取出，并用90℃熱水進(jìn)行淬火處理，制備成陶瓷塊體；八、將步驟七制備得陶瓷塊體進(jìn)行砂紙打磨，將打磨后的陶瓷塊體磨碎，再進(jìn)行造粒，將造粒完的粉體靜置8～15h，然后過(guò)100目篩，150～200MPa的壓力下壓制陶瓷坯體；然后進(jìn)行排膠，具體是先以0.5℃/min升溫至200℃，再以1℃/min升溫至550℃，然后保溫2h，得到排膠后的陶瓷坯體；九、將步驟八得到的排膠后的陶瓷坯體進(jìn)行二次燒結(jié)，即得到高致密化多鐵性(1?y)BiFeO3?yBi1?xRxFeO3復(fù)合陶瓷。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高致密化多鐵性(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷的制備方法，其特征在于該
方法按以下步驟進(jìn)行：
一、BiFeO3純相粉體的制備：
①依照BiFeO3陶瓷化學(xué)式，按化學(xué)計(jì)量比稱量鉍鹽和鐵鹽，分別溶解于1～3mol/L的
硝酸溶液中，攪拌30min，得到鉍鹽溶液和鐵鹽溶液，其中Bi過(guò)量1％～10％；②將鉍鹽溶
液倒入鐵鹽溶液中，攪拌2～3h，得到鉍鐵溶液；③將鉍鐵溶液和2.5mol/L的氨水向預(yù)沉淀
環(huán)境中共同滴定，滴定速率均為45～55滴/分鐘，所述預(yù)沉淀環(huán)境為pH值為8～12的氨水；
④將所得沉淀進(jìn)行攪拌1～3h，然后靜置，離心，于80℃烘干12～15h；⑤將烘干的沉淀研
磨，然后放入氧化鋁坩堝中，以5～8℃/min升溫至550℃并保溫1～3h，隨爐冷卻至室溫，
得到BiFeO3純相粉體；
二、Bi1-xRxFeO3純相粉體的制備：
①依照化學(xué)式Bi1-xRxFeO3，其中0<x<0.4，R為釹元素、鑭元素、鏑元素或鈰元素，按
化學(xué)計(jì)量比稱量鉍鹽、R鹽和鐵鹽，分別溶解于1～3mol/L的硝酸溶液中，攪拌30min，得
到鉍鹽溶液、R鹽溶液和鐵鹽溶液，其中Bi過(guò)量1％～10％；②將鉍鹽溶液、R鹽溶液和鐵
鹽溶液混合，攪拌2～3h，得到鉍R鐵溶液；③將鉍R鐵溶液與2.5mol/L的氨水向預(yù)沉淀
環(huán)境中共同滴定，滴定速率均為45～55滴/分鐘，所述預(yù)沉淀環(huán)境為pH值為8～12的氨水；
④將所得沉淀進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌1～3h，然后靜置，離心，于80℃烘干12～15h；⑤將烘干的沉
淀研磨，然后放入氧化鋁坩堝中，以5～8℃/min升溫至550℃并保溫1～3h，隨爐冷卻至室
溫，得到Bi1-xRxFeO3純相粉體；
三、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷粉體的制備：
將步驟一的BiFeO3純相粉體與步驟二的Bi1-xRxFeO3純相粉體按照(1-y):y的物質(zhì)的量比
進(jìn)行配料，其中0<y<1，得到混合配料；
四、向步驟三得到的混合配料中加入氧化鋯球和無(wú)水乙醇，進(jìn)行球磨混料；
五、將球磨混合后的粉末放入80℃烘箱中干燥8～12h，將干燥后的粉末研磨，造粒，
并將造粒后的干燥粉體依次過(guò)2～3種不同目數(shù)的篩子，篩子的目數(shù)依次增大，相鄰篩子的
目數(shù)相差50～60目，所有篩子是目數(shù)范圍均在100～200目，制備得到流動(dòng)性好，顆粒尺寸
大小不均的混合粉體；
六、將過(guò)篩后的粉體在150～200MPa的壓力下，預(yù)壓成直徑為10mm、厚度為0.9～1.5mm
后的圓片，然后于200MPa冷等靜壓處理，制備成致密化較高的陶瓷坯體；然后進(jìn)行排膠，
具體是先以0.5℃/min升溫至200℃，再以1℃/min升溫至550℃，然后保溫2h，得到成型

\t后的圓片狀坯體；
七、(1-y)BiFeO3-yBi1-xRxFeO3復(fù)合陶瓷塊體的制備：
將成型后的圓片狀坯體進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為空氣、氧氣或氬氣，燒結(jié)溫度為
800～900℃，升溫速率為5～20℃/min，保溫時(shí)間為10～60min，保溫結(jié)束后立即取出，并用
90℃熱水進(jìn)行淬火處理，制備成陶瓷塊體；
八、將步驟七制備得陶瓷塊體進(jìn)行砂紙打磨，將打磨后的陶瓷塊體磨碎...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：柯華，張利偉，張洪軍，王猛，羅蕙佳代，應(yīng)鵬展，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：黑龍江;23