[发明专利]一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，尤其涉及一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法。

背景技术

多铁性材料是指同时具有铁电、铁磁等多种有序共存的材料，它不但具备单一铁性(如铁电性、铁磁性，铁弹性)性质，而且通过多铁性的耦合作用，具有一些新的物理效应，大大拓宽了铁性材料的应用范围[1-3]。

零膨胀材料具有很高的研究与实际应用价值，随着温度的变化这类材料的体积不发生变化或者变化很微弱。零膨胀材料由于体积受温度影响小，具有显著的耐热冲击性能，使得这类材料从日用品到航空航天领域都具有广阔的应用前景[4-6]。

目前，在多种领域中多铁性材料已成为研究热点。但是已知的大多数多铁材料往往很难兼具良好的热稳定性和机械性能，使得其应用受到局限。本发明中，通过固相法向钛酸铅基铁电材料中添加磁性元素Ni，获得了同时具备铁电、铁磁、良好机械性能的零膨胀材料(1-x)PbTiO₃-xBi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃，具有非常高的开发应用价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备工艺简单，设备要求较低；具有多铁性，热稳定性和机械稳定性良好，不易在使用加载中失效的具备多铁性高机械性能的零膨胀特性的材料。

本发明一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法，该方法具体如下，以分析纯的PbO、Bi₂O₃、NiO和TiO₂为原料，采用固相法合成(1-x)PbTiO₃-xBi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃，0.0≤x≤0.6；按照目标x值计算并称取PbO、Bi₂O₃、NiO和TiO₂，称量后的样品在乙醇溶液中球磨24小时使其充分混匀，球磨后得到的粉末干燥后，在800℃～900℃保温3～5小时，降温冷却后压制成片；在1100℃～1200℃保温3～12小时，冷却后即可得到具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料(1-x)PbTiO₃-xBi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案本发明合成的PbTiO₃-Bi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃在25-525℃的温度范围具有零膨胀特性，铁电、铁磁性以及高机械性能，该材料具有多铁性，热稳定性和机械稳定性良好，不易在使用加载中失效。且本发明所采用的制备工艺简单，设备要求较低。

附图说明

图1(1-x)PbTiO₃-xBi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃(x＝0.1、0.2、0.3)的电滞回线。

图2(1-x)PbTiO₃-xBi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃(x＝0～0.4)的磁滞回线。

图3(1-x)PbTiO₃-xBi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃(x＝0.1、0.2、0.3)的表观线膨胀。

具体实施方式：

实施例一：

利用本发明合成0.9PbTiO₃-0.1Bi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃。分别称取7.0308克PbO、0.8154克Bi₂O₃、0.1307克NiO和2.6553克TiO₂粉末原料在乙醇溶液中球磨24小时使其混匀，烘干干燥后的粉末在800℃保温3小时，降温冷却后压制成片，在于1100℃保温3小时，冷却后研碎即可得到0.9PbTiO₃-0.1Bi(Ni_1/2Ti_1/2)O₃。

实施例二：