CN101709458A - 制备磁电复合材料的化学镀方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备磁电复合材料的化学镀方法，属于磁电复合材料技术领域。该方法将具有压电效应的压电陶瓷切片，切成所需尺寸，并进行打磨、除油、化学粗化、敏化、活化和还原等化学镀前处理；然后将前处理好的压电陶瓷片放入配置好的化学镀液中进行化学镀，化学镀至所需厚度后，取出极化，得到磁电复合材料。化学镀方法与现有的磁电复合材料制备方法相比，不仅消除了粘结工艺中产生的粘结层和电镀工艺中需要的电极层所带来的弹性损失，以及热压固化工艺造成的界面混杂所产生的不良影响，可以增强铁电相和铁磁相之间的弹性结合力，提高复合材料的磁电耦合性能，而且可以简化生产工艺。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种将压电层和磁致伸缩层直接耦合的磁电复合材料的制备方法，属于具有巨磁电效应的磁电复合材料技术领域。
背景技术
随着科技的高速发展与各学科间的交叉渗透，一种单一性能的材料很难满足各种高要求的综合指标，功能复合材料的研究成为材料科学与工程领域的研究开发热点。磁电材料尤其是磁电复合材料在传感器、磁场探测、磁电能量转换、智能滤波器、磁记录等领域中有着十分诱人的潜在应用，已成为一种非常重要的功能材料，引起了材料科学与工程技术工作者的高度重视。近年来发展起来的层状磁电材料消除了组分间的化学相互作用，解决了渗流和传导的问题，并且将传统制备磁电材料的磁电电压系数从几十mV/cm·Oe提高到几百V/cm·Oe，实现了磁电材料的一次飞跃。
层状磁电材料首先是由压电材料和磁致伸缩材料粘结得到的，之后又涌现出了各种制备方法，如热压法、电镀法等，与热压法相比，在专利号为200610169548.4的《一种制备巨磁电复合材料的电镀方法》中，阐述了一种可以避免粘结工艺所产生的弹性损失和热压固化工艺所带来的磁致伸缩材料和压电材料的界面混杂的制备方法。但是由于电镀法必须在导体中实施，要求在不导电的压电材料PZT上烧结电极，之后才能在电极层上电镀磁致伸缩材料，从而形成压电层-电极层-磁致伸缩层的三层结构，而不具有磁致伸缩性能的电极层势必减小磁致伸缩层和压电层的磁电耦合效应，降低磁电复合材料的磁电系数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将压电层和磁致伸缩层直接耦合的制备磁电复合材料的化学镀方法。
一种制备磁电复合材料的化学镀方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将具有压电效应的压电陶瓷切片，切成所需尺寸，并进行化学镀前处理。化学镀前处理是首先将样品放入0.4-0.65M的氢氟酸溶液中粗化2-6分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.08-0.15M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化5-30分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.001-0.005M的氯化钯溶液中，在室温下活化5-30分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.2-0.4M的亚磷酸钠溶液中还原15-60秒。
(2)、将前处理好的压电陶瓷片放入配置好的化学镀液中进行化学镀，直到化学镀层达到所需厚度；其中化学镀液配方和工艺参数如下：镍盐为10-30g/L，联氨为20-50ml/L，酒石酸钾钠为20-40g/L，pH为9-12.5，T为75-95℃；
(3)、将样品取出，再置入150-170℃的硅油中，在电场为30-50kV/cm的条件下极化10-30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。
另一种制备磁电复合材料的化学镀方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将具有压电效应的压电陶瓷切片，切成所需尺寸，并进行化学镀前处理。化学镀前处理是首先将样品放入0.4-0.65M的氢氟酸溶液中粗化2-6分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.08-0.15M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化5-30分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.001-0.005M的氯化钯溶液中，在室温下活化5-30分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.2-0.4M的亚磷酸钠溶液中还原15-60秒。
(2)、将前处理好的压电陶瓷片放入配置好的化学镀液中进行化学镀，直到化学镀层达到所需厚度；其中化学镀液配方和工艺参数：钴盐为10-20g/L，铁盐为10-20g/L，硼氢化钠为0.5-2g/L或次亚磷酸钠10-30g/L，酒石酸钾钠为100-150g/L，pH为9-12.5，T为75-95℃；
(3)、将样品取出，再置入150-170℃的硅油中，在电场为30-50kV/cm的条件下极化10-30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。
本发明采用化学镀方法制备磁电复合材料，使压电层与磁致伸缩层直接紧密结合，消除了粘结工艺中产生的粘结层和电镀工艺中需要的电极层所带来的弹性损失，以及热压固化工艺造成的界面混杂所产生的不良影响，因而可以增强铁电相和铁磁相之间的弹性结合力，使磁电复合材料的耦合性能大幅度提高，同时化学镀可以在各种几何外形的工件上进行，还具有镀层均匀、致密，深镀能力强，低损耗，无需电解设备及附件等优点，工艺简单、操作方便，很容易实现工业化生产，有着十分广阔的应用前景。
附图说明
图1：1kHZ下，实施例1所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与偏置磁场的关系。
图2：HDC＝200Oe下，实施例1所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与频率的关系。
图3：1kHZ下，实施例2所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与偏置磁场的关系。
图4：HDC＝200Oe下，实施例2所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与频率的关系。
图5：1kHZ下，实施例3所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与偏置磁场的关系。
图6：HDC＝160Oe下，实施例3所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与频率的关系。
图7：1kHZ下，实施例4所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与偏置磁场的关系。
图8：HDC＝160Oe下，实施例4所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与频率的关系。
图9：1kHZ下，实施例5所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与偏置磁场的关系。
图10：HDC＝160Oe下，实施例5所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与频率的关系。
图11：1kHZ下，实施例6所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与偏置磁场的关系。
图12：HDC＝160Oe下，实施例6所制备的磁电复合材料的磁电电压系数αE，31与频率的关系。
具体实施方式
下面通过实例进一步描述本发明。
实施例1
将PZT切成尺寸为18×5×0.4mm3的片状样品，在酒精和丙酮混合溶液中超声清洗10分钟；首先将样品放入0.4M的氢氟酸溶液中粗化2分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.08M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化5分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.001M的氯化钯溶液中，在室温下活化5分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.2M的亚磷酸钠溶液中还原15秒，蒸馏水冲洗后可进行化学镀。
首先，称量好化学镀液配方所需试剂量的药品，分别溶解后混合，用NaOH溶液调整pH值到9，再用蒸馏水稀释至规定体积；然后，用水浴锅加热至75℃，并将样品放入化学镀液中进行化学镀。化学镀液配方及工艺条件如下表。化学镀时间为8小时，将样品取出后吹干，在镀层上下表面连接导线后，将样品置入150℃的硅油中，在电场为30kV/cm的条件下极化10分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。该材料经磁电测试系统测试表明，αE，31达到1.5V/cm·Oe。
实施例1的化学镀液配方及化学镀工艺条件
| 硫酸镍(g/L) | 10 |
| 联氨(ml/L) | 20 |
| 酒石酸钾钠(g/L) | 20 |
| pH | 9 |
| T(℃) | 75 |
实施例2
将PZT切成尺寸为18×6×0.5mm3的片状样品，在酒精和丙酮混合溶液中超声清洗10分钟；首先将样品放入0.65M的氢氟酸溶液中粗化6分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.15M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化30分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.005M的氯化钯溶液中，在室温下活化30分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.4M的亚磷酸钠溶液中还原60秒，蒸馏水冲洗后可进行化学镀。
首先，称量好化学镀液配方所需试剂量的药品，分别溶解后混合，用NaOH溶液调整pH值到12.5，再用蒸馏水稀释至规定体积；然后，用水浴锅加热至95℃，并将样品放入化学镀液中进行化学镀。化学镀液配方及工艺条件如下表。化学镀时间为12小时，将样品取出后吹干，在镀层上下表面连接导线后，将样品置入170℃的硅油中，在电场为50kV/cm的条件下极化30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。该材料经磁电测试系统测试表明，αE，31达到2.3V/cm·Oe。
实施例2的化学镀液配方及化学镀工艺条件
| 硫酸镍(g/L) | 30 |
| 联氨(ml/L) | 50 |
| 酒石酸钾钠(g/L) | 40 |
| pH | 12.5 |
| T(℃) | 95 |
化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐，如硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、氨基磺酸镍及次磷酸镍等，由它们提供化学镀反应过程中所需要的Ni2+。以上实例中，只列举硫酸镍作为主盐的情况。
实施例3
将PZT切成尺寸为18×5×0.4mm3的片状样品，在酒精和丙酮混合溶液中超声清洗10分钟；首先将样品放入0.4M的氢氟酸溶液中粗化2分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.08M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化5分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.001M的氯化钯溶液中，在室温下活化5分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.2M的亚磷酸钠溶液中还原15秒，蒸馏水冲洗后可进行化学镀。
首先，称量好化学镀液配方所需试剂量的药品，分别溶解后混合，用NaOH溶液调整pH值到9，再用蒸馏水稀释至规定体积；然后，用水浴锅加热至75℃，并将样品放入化学镀液中进行化学镀。化学镀液配方及工艺条件如下表。化学镀时间为8小时，将样品取出后吹干，在镀层上下表面连接导线后，将样品置入150℃的硅油中，在电场为30kV/cm的条件下极化10分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。该材料经磁电测试系统测试表明，αE，31达到3.2V/cm·Oe。
实施例3的化学镀液配方及化学镀工艺条件
| 硫酸钴(g/L) | 10 |
| 硫酸亚铁(g/L) | 10 |
| 硼氢化钠(g/L) | 0.5 |
| 酒石酸钾钠(g/L) | 100 |
| pH | 9 |
| T(℃) | 75 |
实施例4
将PZT切成尺寸为18×6×0.5mm3的片状样品，在酒精和丙酮混合溶液中超声清洗10分钟；首先将样品放入0.65M的氢氟酸溶液中粗化6分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.15M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化30分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.005M的氯化钯溶液中，在室温下活化30分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.4M的亚磷酸钠溶液中还原60秒，蒸馏水冲洗后可进行化学镀。
首先，称量好化学镀液配方所需试剂量的药品，分别溶解后混合，用NaOH溶液调整pH值到12.5，再用蒸馏水稀释至规定体积；然后，用水浴锅加热至95℃，并将样品放入化学镀液中进行化学镀。化学镀液配方及工艺条件如下表。化学镀时间为12小时，将样品取出后吹干，在镀层上下表面连接导线后，将样品置入170℃的硅油中，在电场为50kV/cm的条件下极化30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。该材料经磁电测试系统测试表明，αE，31达到1.8V/cm·Oe。
| 硫酸钴(g/L) | 20 |
| 硫酸亚铁(g/L) | 20 |
| 硼氢化钠(g/L) | 2 |
| 酒石酸钾钠(g/L) | 150 |
| pH | 12.5 |
| T(℃) | 95 |
实施例5
将PZT切成尺寸为18×5×0.4mm3的片状样品，在酒精和丙酮混合溶液中超声清洗10分钟；首先将样品放入0.4M的氢氟酸溶液中粗化2分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.08M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化5分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.001M的氯化钯溶液中，在室温下活化5分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.2M的亚磷酸钠溶液中还原15秒，蒸馏水冲洗后可进行化学镀。
首先，称量好化学镀液配方所需试剂量的药品，分别溶解后混合，用NaOH溶液调整pH值到9，再用蒸馏水稀释至规定体积；然后，用水浴锅加热至75℃，并将样品放入化学镀液中进行化学镀。化学镀液配方及工艺条件如下表。化学镀时间为8小时，将样品取出后吹干，在镀层上下表面连接导线后，将样品置入150℃的硅油中，在电场为30kV/cm的条件下极化10分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。该材料经磁电测试系统测试表明，αE，31达到1.9V/cm·Oe。
实施例3的化学镀液配方及化学镀工艺条件
| 硫酸钴(g/L) | 10 |
| 硫酸亚铁(g/L) | 10 |
| 次亚磷酸钠(g/L) | 10 |
| 酒石酸钾钠(g/L) | 100 |
| pH | 9 |
| T(℃) | 75 |
实施例6
将PZT切成尺寸为18×6×0.5mm3的片状样品，在酒精和丙酮混合溶液中超声清洗10分钟；首先将样品放入0.65M的氢氟酸溶液中粗化6分钟，取出后用蒸馏水冲洗；将样品放入0.15M的氯化亚锡溶液中，在室温下敏化30分钟，取出后蒸馏水冲洗；将样品放入0.005M的氯化钯溶液中，在室温下活化30分钟，取出后蒸馏水冲洗；最后将样品置入0.4M的亚磷酸钠溶液中还原60秒，蒸馏水冲洗后可进行化学镀。
首先，称量好化学镀液配方所需试剂量的药品，分别溶解后混合，用NaOH溶液调整pH值到12.5，再用蒸馏水稀释至规定体积；然后，用水浴锅加热至95℃，并将样品放入化学镀液中进行化学镀。化学镀液配方及工艺条件如下表。化学镀时间为12小时，将样品取出后吹干，在镀层上下表面连接导线后，将样品置入170℃的硅油中，在电场为50kV/cm的条件下极化30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。该材料经磁电测试系统测试表明，αE，31达到4.2V/cm·Oe。
实施例4的化学镀液配方及化学镀工艺条件
| 硫酸钴(g/L) | 20 |
| 硫酸亚铁(g/L) | 20 |
| 次亚磷酸钠(g/L) | 30 |
| 酒石酸钾钠(g/L) | 150 |
| pH | 12.5 |
| T(℃) | 95 |
化学镀钴铁系合金溶液中的钴盐主要有硫酸钴、氯化钴等，铁盐有硫酸亚铁、氯化亚铁等，由它们提供化学镀反应过程中所需要的Co2+，Fe2+。以上实例中，只列举硫酸钴和硫酸亚铁分别作为钴盐和铁盐的情况。
Claims (2)
1.一种制备磁电复合材料的化学镀方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将具有压电效应的压电陶瓷切片，切成所需尺寸，并进行包括化学粗化、敏化、活化和还原处理在内的化学镀前处理；
(2)、将前处理好的压电陶瓷片放入配置好的化学镀液中进行化学镀，直到化学镀层达到所需厚度；其中化学镀液配方和工艺参数如下：镍盐为10-30g/L，联氨为20-50ml/L，酒石酸钾钠为20-40g/L，pH为9-12.5，T为75-95℃；
(3)、将样品取出，再置入150-170℃的硅油中，在电场为30-50kV/cm的条件下极化10-30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。
2.一种制备磁电复合材料的化学镀方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将具有压电效应的压电陶瓷切片，切成所需尺寸，并进行包括化学粗化、敏化、活化和还原处理在内的化学镀前处理；
(2)、将前处理好的压电陶瓷片放入配置好的化学镀液中进行化学镀，直到化学镀层达到所需厚度；其中化学镀液配方和工艺参数：钴盐为10-20g/L，铁盐为10-20g/L，硼氢化钠为0.5-2g/L或次亚磷酸钠10-30g/L，酒石酸钾钠为100-150g/L，pH为9-12.5，T为75-95℃；
(3)、将样品取出，再置入150-170℃的硅油中，在电场为30-50kV/cm的条件下极化10-30分钟，然后随油冷却至室温，即得到磁电复合材料。
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| CN108970612A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-12-11 | 西安理工大学 | 一种制备Ag负载ZnO纳米棒阵列的方法 |
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