[发明专利]一种奥里维里斯结构的单相多铁性粉体材料、织构化的陶瓷及其制备方法

说明书

本发明提供了一种织构化的奥里维里斯结构的单相SrBi₂Nb_1.8Fe_0.1Co_0.1O₉多铁性陶瓷。本发明利用熔盐法，将分析纯的SrCO₃、Bi₂O₃、Nb₂O₅、Co₂O₃、Fe₂O₃、NaCl及KCl配制后通过无水乙醇球磨混合均匀，在850‑950℃预烧3‑6小时，制备了具有高宽深比的SrBi₂Nb_1.8Fe_0.1Co_0.1O₉粉体，通过冷等静压成型，最终在1050‑1100℃下烧结2‑4小时，得到了织构化的奥里维里斯结构的单相SrBi₂Nb_1.8Fe_0.1Co_0.1O₉多铁性陶瓷样品。本发明所制备的陶瓷在不同方向上，产生明显的各向异性，获得了性能优异的材料，并且采用的方法更加的简单和经济。

技术领域

本发明属于单相多铁性陶瓷材料领域，涉及一种织构化的奥里维里斯结构的单相SrBi₂Nb_1.8Fe_0.1Co_0.1O₉多铁性陶瓷及其制备方法。

背景技术

奥里维里斯结构的多铁性材料由于其结构的各向异性，类钙钛矿层与萤石结构的氧化铋层在c轴方向上堆叠而成，造成了其在介电、铁电、压电等宏观物理性质上也会产生一定的各向异性。一般而言，这种各向异性会使得晶体材料在某一个方向上表现出最优的宏观物理性能。因此，从理论上来讲，利用晶体材料本身固有的各向异性，来提升材料的性能是一种切实可行的实验方案。陶瓷材料是由许许多多的小晶粒无规则的排列在一起组成的多晶体，而每一个小晶粒则可看成是一个小单晶体。虽然每一个小单晶体都是具有各向异性的，但是由于其无规则的随机排布使得陶瓷材料在宏观上表现为各向同性。研究学者们希望实现一种既在制备工艺方面简单可行，又在宏观物理性能方面可与同组分单晶相媲美的多晶陶瓷材料。因此，通过一定的微结构调控手段，使得多晶陶瓷材料内部的小晶粒沿着某个特定的方向进行择优取向生长，最终获得具有与单晶体类似的各向异性的陶瓷材料。

在现阶段对于织构化陶瓷材料的制备过程比较多，主要分为三种（1）热处理方法，主要包括了热压法、热铸法以及热轧法；（2）强磁场技术，在样品烧结过程之中施加强于晶粒生长的强磁场能量而进行定向的生长；（3）模板晶粒生长法，在原材料中加入针状或片状的模板，通过流延，丝网印刷等方法使模板在原材料中定向排列，在热处理过程中基体粉末在模板晶粒表面上进行外延定向生长，最终得到织构陶瓷。上述的方法中，前两种方法适合于各向异性较强的材料基体，而第三种则是许多材料所采用的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种织构化的奥里维里斯结构的单相SrBi₂Nb_1.8Fe_0.1Co_0.1O₉多铁性陶瓷及其制备方法。通过熔盐法制备了具有大的宽深比的粉体，在采用更加简单和工业化的等静压方法，在高温下无压烧结得到了织构化的陶瓷材料，通过测试发现材料在宏观的物理性能上获得了优异的各向异性，也验证了材料的晶粒的排列方式是在c轴方向上进行堆叠的（见附图1）。

为达成上述所提到的性能，本发明采用了如下的方案：

一种织构化的奥里维里斯结构的单相SrBi₂Nb_1.8Fe_0.1Co_0.1O₉多铁性陶瓷的制备方法，包括以下步骤：