[发明专利]具有准同型晶相结构的高致密化铁电陶瓷及其制备方法

说明书

具有准同型晶相结构的高致密化铁电陶瓷及其制备方法，涉及一种高致密化铁电陶瓷及其制备方法。是要解决现有方法制备多晶多铁性陶瓷致密化低、极化小及磁电耦合实现困难的问题。该高致密化铁电陶瓷的通式是：Bi_1‑xR_xFe_1‑yB_yO₃。方法：一、Bi_1‑xR_xFe_1‑yB_yO₃纯相粉体的制备；二、将陶瓷粉体研磨，造粒，得造粒后的粉体；三、将造粒后的粉体烘干，预压成形，排胶，制备陶瓷素坯；四、制备Bi_1‑xR_xFe_1‑yB_yO₃陶瓷块体。该铁电陶瓷的晶粒尺寸细小，相对致密度高达95％～97％，具有均匀的铁电、反铁电、顺电三种相结构。陶瓷的铁电极化得到显著改善。本发明应用于铁电陶瓷领域。

技术领域

本发明涉及一种高致密化铁电陶瓷及其制备方法。

背景技术

铁酸铋(BiFeO₃)同时具有铁电性与微弱的铁磁性，是目前唯一的室温单相多铁材料，其单晶自发极化值超过90μC/cm²，具有非常大的基于磁电耦合效应的应用潜力。并且利用这种磁电效应可以制作高密度存储器、磁电换能器、磁电传感器、新型磁控电控器件等，为发展新型多功能器件提供了更大的自由度。但BiFeO₃本身的G-型反铁磁结构具有磁螺旋周期，这决定了其磁性非常微弱；BiFeO₃的R3c晶体对称性决定了其极化难以翻转；另外，BiFeO₃合成过程中易产生杂质相，陶瓷致密度低，漏电流较大，这些都限制了BiFeO₃磁电耦合效应的实现，不利于实际应用。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备多晶多铁性陶瓷致密化低、极化小及磁电耦合实现困难的问题，提供具有准同型晶相结构的高致密化铁电陶瓷及其制备方法。

本发明具有准同型晶相结构的高致密化铁电陶瓷的组成通式是：Bi_1-xR_xFe_1-yB_yO₃，其中R为钕元素、铒元素、镧元素、钐元素、铕元素、钆元素、镝元素或钬元素，B为钛元素或钽元素；0<x≤0.4，0<y≤0.1，x、y均为摩尔分数。

上述具有准同型晶相结构的高致密化铁电陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

一、Bi_1-xR_xFe_1-yB_yO₃纯相粉体的制备：

①依照化学式Bi_1-xR_xFe_1-yB_yO₃，其中0<x≤0.4，0<y≤0.1，按照(1-x):x:(1-y):y的物质的量的比例称取铋盐、R盐、铁盐和B盐，将铋盐与R盐一组，铁盐一组，每组盐分别溶解于冰乙酸中，加热搅拌至盐完全溶解，冷却至室温，分别加入乙二醇，继续搅拌，分别得到铋盐/R盐溶液和铁盐溶液，其中Bi按摩尔比过量1％～10％称量(由于Bi元素易挥发，因此需过量)；

向B盐中缓慢滴加乙二醇，搅拌至澄清，得到B盐溶液；

②将B盐溶液缓慢倒入铋盐/R盐溶液中，搅拌10～30min，得到混合盐溶液；

③将铁盐溶液倒入混合盐溶液中，搅拌40～60min，得到均匀、透明的混合溶液；

④将混合溶液倒入数个培养皿中，放入35～45℃烘箱，烘干3～6天，然后调至55～65℃，烘干3～5天，得到干凝胶；