[发明专利]一种梯度多铁材料及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有良好的铁电性、铁磁性及较强的磁电耦合效应的梯度多铁材料及其制法。

背景技术

在电子器件轻量化，微型化的现代工程技术领域，越来越迫切需要同时具备多种功能的材料。梯度多铁材料既具备铁电铁磁等特性，又具备磁电耦合效应，大大拓展了梯度材料的应用范围。磁电效应是指施加磁场引起的电极化，或施加电场引起的磁极化效应，该效应为信息存储微型器件提供了技术支撑。以往的多铁性材料在生产中一般将铁电相和铁磁相粘合在一起，受到复杂湿热环境的影响，容易脱落、疲劳、分层、老化，不宜长久使用，可靠性和安全性都受到极大限制，在高温环境中还容易分解带来很大的污染。

相对传统的梯度材料加热方式来说，使用微波烧结方法可以更快更好的制备梯度材料，并节省能源。在微波烧结中，更好的促进微波的吸收，获得更好的能量转移效果，并减小梯度多铁材料样品烧结中的温度梯度、热失控等问题。实际应用的微波，可以是频率为1023MHz和2390MHz的电磁波。其特点为，不需由表及里的热传导，通过波在材料内部能量耗散来直接加热，升温速率快，加热速率高，易于控制，清洁制备，所制出的梯度多铁材料，具有较强的抗热冲击性，较好的机械强度，易于加工，从而突破了高温加热领域的技术瓶颈。

发明内容

本发明提出了一种梯度多铁材料及其制法，梯度多铁材料在提高梯度材料磁电效应的作用十分明显，对于在高温下烧结的梯度材料，如加铌钛酸锶和镍锰镓合金等有重要意义。这种制法的特点，利用波动材料内部的能量耗散，可以提高加热的质量和效果。其优点在于：1.可以提高微波的利用率，在相同的功耗下，加快升温速度，提高温度极限；2.降低梯度多铁材料中的温度梯度，大大减小了材料样品烧结开裂的机率；3.改善了高温加热制备方法的效果，优化了多铁性材料的质量。

微波在遇到梯度多铁材料时，在不同的磁电特性材料组成的界面上发生折射，两层之间的差别越小则折射越小。梯度材料加铌钛酸锶/镍锰镓合金/BaTiO₃在工艺允许的范围内，本发明所涉及的体分比配置对于微波性能的调控效果很好。在梯度多铁材料微波烧结过程中，材料所吸收的微波全部转化为耗散能量。

对于加铌钛酸锶、镍锰镓合金、钛酸钡铁电铁磁材料，其主要特点是低温下吸波能力较小，只有温度上升到520℃以后开始加速吸收微波。烧结这类材料，从三个方面考虑：1.在低温下加入钛酸钡辅助镍锰镓合金加热使其温度升高；2.在高温时控制梯度多铁材料的体分比，降低材料的温度梯度；3.考虑微波加热过程中的梯度材料微界面，分别是加铌钛酸锶-镍锰镓合金，镍锰镓合金-钛酸钡，钛酸钡和加铌钛酸锶。由于梯度多铁材料的非均质性，减少了微波在材料表面及内部的反射，提高了吸波加热效率，有效地实现了提高烧结温度。

一种梯度多铁材料及其制法其特征在于，该梯度多铁材料由加铌钛酸锶(Nb-SrTiO₃)铁电材料和梯度分布于其中的镍锰镓合金(Ni₂MnGa)铁磁性夹杂颗粒构成。其具有以下的技术流程和制备步骤：将Nb-SrTiO₃和Ni₂MnGa按照12％及79％的比例混合，再加入9％的BaTiO₃，经球磨至105～232目，其中135～201目占55％；混合均匀后，在1570kg/cm²压力下，压制成胚体，在氩气保护气氛中，微波烧结1.5小时后，加热至1480℃，保温3小时，冷却后取出样品；将Nb-SrTiO₃和Ni₂MnGa按照61％和32％的比例混合，并添加7％BaTiO₃，经球磨至121～257目，其中136～231目占55％。混合均匀后，在氩气保护气氛中，在1420kg/cm²压力下，微波烧结1.5小时后，加热至1610℃，保温3小时，冷却后取出样品。

本发明的优点和效果：本发明的具有磁电耦合效应的梯度多铁材料，高温稳定性强，安全可靠，解决层状磁电材料容易分层、脱落等问题；使用微波加热，更加环保，没有有害气体发生，磁电耦合效应更强，实用性更广。

附图说明

图1为本发明的一种梯度多铁材料及其制法的工艺流程框图；

图2为梯度多铁材料磁电电压系数随偏置磁场的变化曲线。

具体实施方式

实施例1：