[发明专利]一种铁电‑铁磁复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种铁电-铁磁复合材料以及低温烧结制备复合材料的方法。

背景技术

铁电-铁磁复合材料是将传统的铁电材料和铁磁材料按不同比例、方法组合得到的一类多铁性复相材料，因其兼具优良的磁性能和介电性能，既可以用于制作抗电磁干扰滤波器、微型天线，也可以作为电磁波吸收材料应用于通讯领域。在现有的复合体系中，具有代表性的是以镁、镍或钴铁氧体作为铁磁相材料，以BaTiO₃等铁电陶瓷作为铁电相材料进行复合得到的二相材料体系。1996年，J.V.Mantese等用MgCuZn铁氧体作铁磁相，BaTiO₃作铁电相，在1100～1300℃下制备得到了不同配比的铁电-铁磁复合材料，并报导了它们对100KHz～1GHz频率范围内电磁波的抑制特性(US Patent 5,512,196)。2004年，东北大学的齐西伟等用软化学法制备的NiCuZn铁氧体和BaTiO₃纳米粉作为原料，在1150～1250℃下制备得到了磁导率为7～70，介电常数为20～1500的一系列复合材料(X.Qi,J.Zhou,and Z.Yue,et al.Adv.Funct.Mater.2004,14,920-926)。电子科技大学的张怀武等用传统固相法在1200～1240℃制备得到了应用频率在1MHz～1GHz，磁导率为3～9，介电常数为10～200的Co³⁺、Mn²⁺、Bi³⁺掺杂的NiCuZn铁氧体-BaTiO₃复合材料(专利号CN03117774.3)。2008年，R.V.Petrov等在1250℃制备得到了介电常数和磁导率为16的NiZn铁氧体-Bi_1-xSr_xTiO₃复合材料，并用其制作了用于100MHz的微型天线(R.V.Petrov,A.S.Tatarenko,and S.Pandey,et al.Electron.Lett.2008,44,506-507)。不难看出，对于传统的铁电-铁磁复合材料体系，为了兼顾材料的电感和电容特性，往往需要高于1100℃的烧结温度来保证复合材料的致密化。然而，较高的烧结温度不仅会增加材料的生产能耗，提高成本，还会带来不必要的副反应，造成混合体系中有效成分的分解或缺失，使材料缺陷增加，性能恶化。

近年来，微电子器件和集成器件的发展对电子设备小型化、轻量化提出更高要求，单一的有源器件集成已经无法满足生产应用，无源器件的小型化成为必然。新型的LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic低温共烧陶瓷)技术作为一种三维立体组装的无源器件集成及无源有源器件混合集成技术有效地提高了电路的封装密度及系统的可靠性，并凭借其它封装技术难以抗衡的优点成为目前国内无源集成的主流技术。然而，LTCC技术采用低熔点的金属做电极或导线，这就要求材料的烧结温度至少低于950℃。对于传统的铁电-铁磁复合材料体系，高致 密化温度成为它们应用于LTCC技术的瓶颈。虽然可以通过加入低熔点氧化物或玻璃相物质来降低体系烧结温度，但要以牺牲材料的磁性能和介电性能为代价。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型的铁电-铁磁复合材料及其制备方法。本发明采用改性的NiCuZn铁氧体作为铁磁相，以低熔点的铋系类钙钛矿铁电陶瓷作为铁电相，既避免了引入玻璃相对材料体系性能产生的负面影响，又能在900℃下有效促进复合体系的致密化，同时还在一定程度上简化了材料的制备工艺，为大规模生产奠定了良好的基础；本发明得到的复合材料在900℃下烧结的最高致密度可达到98.8％，磁导率μ_r＝7～170，介电常数ε_r＝10～70，应用频率范围1MHz～1GHz，可以和LTCC技术结合用于抗电磁干扰器件的生产。

本发明的技术方案如下：