CN101792319A - 一种低温烧结的磁电复合陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

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一种低温烧结的磁电复合陶瓷材料及其制备方法，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨，烘干，过筛，压块，预烧、粉碎后得Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨，烘干，过筛，压块，预烧，粉碎后得BaFe0.5Nb0.5O3粉体；取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨、烘干，过筛，压块，预烧、粉碎得BaCu(B2O5)粉体；将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88与BaFe0.5Nb0.5O3混合均匀得混合粉体；在上述混合粉体中加入BaCu(B2O5)和PVA粘合剂，得复合材料的混合粉末；将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时后在920-950℃下烧结得磁电复合材料。本发明能够在900-950℃的条件下烧结制成磁电复合陶瓷材料，且制备的磁电复合陶瓷材料具有较高的介电常数和较高磁导率，低频介电常数为600左右(100Hz)，磁导率为24(1MHz)。

Description

一种低温烧结的磁电复合陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料科学领域，具体涉及一种低温烧结的磁电复合陶瓷材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着无线通讯和信息技术的飞速发展，要求电子器件具有高频特性、小型化和高机动性，这就要求相应的电子材料具有多功能特性，例如，光电特性、磁电特性、柔性介电结合体等。其中具有磁电特性的磁电复合材料尤为备受关注。采用具有高介电常数和高磁导率的介质作为基片可以在不改变微波器件和天线设计的情况下，极大地减小器件和天线的尺寸，除天线外此类材料还能广泛地应用在容-感复合元件、军工和民用的振荡器、混频器、变频器、功率分配器、功率合成器、功率放大器、滤波器等微波器件。将多个不同类型、不同性能的无源元件集成在一个封装系统内有多种方法，主要有低温共烧陶瓷(LTCC)技术、膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等。从技术成熟程度、产业化程度以及应用广泛程度等角度来评价，目前，LTCC技术是无源集成的主流技术。所谓LTCC技术，就是将低温烧结陶瓷粉制成精确厚度而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在低温下烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。然而，目前大部分的磁电复合材料的烧结温度很高，均高于银电极的熔点(960℃)，无法满足采用银电极的低温共烧陶瓷技术(LTCC)的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、制备温度低的低温烧结的磁电复合陶瓷材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：1)首先，按化学通式Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；2)其次，按化学通式BaFe0.5Nb0.5O3，取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体；3)制备BaCu(B2O5)粉体：按化学通式BaCu(B2O5)，取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；4)按xNi0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88/(1-x)BaFe0.5Nb0.5O3的体积比将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88和BaFe0.5Nb0.5O3粉体混合均匀得混合粉体，0.2≤x≤0.8；5)在上述混合粉体中加入其质量3％-6％的BaCu(B2O5)粉体混合均匀，再加入混合粉体质量8％～15％的PVA粘合剂，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；6)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时排除粘合剂PVA，在920-950℃下烧结0.5～2小时成瓷得到磁电复合材料。
本发明的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液。
本发明能够在900-950℃的条件下烧结制成磁电复合陶瓷材料，且制备的磁电复合陶瓷材料具有较高的介电常数，低频介电常数为600左右(100Hz)，磁导率为24(1MHz)。
附图说明
图1为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为80％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为20％，BaCu(B2O5)的用量为3％，烧结温度为950℃时磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图。
图2为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为60％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为40％，BaCu(B2O5)的用量为4％，烧结温度为940℃时磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图。
图3为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为40％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为60％，BaCu(B2O5)的用量为5％，烧结温度为930℃时磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图。
图4为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为20％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为80％，BaCu(B2O5)的用量为6％，烧结温度为920℃时磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图。
图5为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为80％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为20％，BaCu(B2O5)的用量为3％，烧结温度为950℃时磁电复合陶瓷材料的介电性能。
图6为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为60％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为40％，BaCu(B2O5)的用量为4％，烧结温度为940℃时磁电复合陶瓷材料的介电性能。
图7为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为40％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为60％，BaCu(B2O5)的用量为5％，烧结温度为930℃时磁电复合陶瓷材料的介电性能。
图8为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为20％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为80％，BaCu(B2O5)的用量为6％，烧结温度为920℃时磁电复合陶瓷材料的介电性能。
图9为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为80％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为20％，BaCu(B2O5)的用量为3％，烧结温度为950℃时磁电复合陶瓷材料的磁性能。
图10为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为60％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为40％，BaCu(B2O5)的用量为4％，烧结温度为940℃时磁电复合陶瓷材料的磁性能。
图11为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为40％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为60％，BaCu(B2O5)的用量为5％，烧结温度为930℃时磁电复合陶瓷材料的磁性能。
图12为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为20％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为80％，BaCu(B2O5)的用量为6％，烧结温度为920℃时磁电复合陶瓷材料的磁性能。
图13为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为80％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为20％，BaCu(B2O5)的用量为3％，烧结温度为950℃时磁电复合陶瓷材料的显微结构。
图14为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为60％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为40％，BaCu(B2O5)的用量为4％，烧结温度为940℃时磁电复合陶瓷材料的显微结构。
图15为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为40％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为60％，BaCu(B2O5)的用量为5％，烧结温度为930℃时磁电复合陶瓷材料的显微结构。
图16为当Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88的体积比为20％，BaFe0.5Nb0.5O3的体积比为80％，BaCu(B2O5)的用量为6％，烧结温度为920℃时磁电复合陶瓷材料的显微结构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：1)首先，按化学通式Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；2)其次，按化学通式BaFe0.5Nb0.5O3，取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体；3)制备BaCu(B2O5)粉体：按化学通式BaCu(B2O5)，取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；4)按0.8Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88/0.2BaFe0.5Nb0.5O3的体积比将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88和BaFe0.5Nb0.5O3粉体混合均匀得混合粉体；5)在上述混合粉体中加入其质量3％的BaCu(B2O5)粉体混合均匀，再加入混合粉体质量15％的PVA粘合剂，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末，所说的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；6)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时排除粘合剂PVA，在950℃下烧结0.5小时成瓷得到磁电复合材料。
图1为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图、图5为本实施例制备的介电性能图、图9为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的磁性能、图13为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的显微结构图，从图中可以看出，所得磁电复合陶瓷材料具有较高致密度。
实施例2：1)首先，按化学通式Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；2)其次，按化学通式BaFe0.5Nb0.5O3，取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体；3)制备BaCu(B2O5)粉体：按化学通式BaCu(B2O5)，取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；4)按0.6Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88/0.4BaFe0.5Nb0.5O3的体积比将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88和BaFe0.5Nb0.5O3粉体混合均匀得混合粉体；5)在上述混合粉体中加入其质量4％的BaCu(B2O5)粉体混合均匀，再加入混合粉体质量8％的PVA粘合剂，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末，所说的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；6)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时排除粘合剂PVA，在940℃下烧结1小时成瓷得到磁电复合材料。
图2为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图、图6为本实施例制备的介电性能图、图10为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的的磁性能、图14为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的显微结构图，从图中可以看出，所得磁电复合陶瓷材料的致密度较高。
实施例3：1)首先，按化学通式Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；2)其次，按化学通式BaFe0.5Nb0.5O3，取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体；3)制备BaCu(B2O5)粉体：按化学通式BaCu(B2O5)，取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；4)按0.4Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88/0.6BaFe0.5Nb0.5O3的体积比将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88和BaFe0.5Nb0.5O3粉体混合均匀得混合粉体；5)在上述混合粉体中加入其质量5％的BaCu(B2O5)粉体混合均匀，再加入混合粉体质量12％的PVA粘合剂，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末，所说的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；6)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时排除粘合剂PVA，在930℃下烧结1.5小时成瓷得到磁电复合材料。
图3为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图、图7为本实施例制备的介电性能图、图11为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的的磁性能、图15为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的显微结构图，从图中可以看出，所得磁电复合陶瓷材料的致密度较高。
实施例4：1)首先，按化学通式Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；2)其次，按化学通式BaFe0.5Nb0.5O3，取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体；3)制备BaCu(B2O5)粉体：按化学通式BaCu(B2O5)，取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；4)按0.2Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88/0.8BaFe0.5Nb0.5O3的体积比将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88和BaFe0.5Nb0.5O3粉体混合均匀得混合粉体；5)在上述混合粉体中加入其质量6％的BaCu(B2O5)粉体混合均匀，再加入混合粉体质量1 0％的PVA粘合剂，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末，所说的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；6)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时排除粘合剂PVA，在920℃下烧结2小时成瓷得到磁电复合材料。
图4为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的X射线衍射图、图8为本实施例制备的介电性能图、图12为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的磁性能、图16为本实施例制备的磁电复合陶瓷材料的显微结构图，从图中可以看出，所得磁电复合陶瓷材料的致密度较高。

Claims (2)

1.一种低温烧结的磁电复合陶瓷材料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)首先，按化学通式Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88，取分析纯的NiO，CuO，ZnO和Fe2O3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉体；
2)其次，按化学通式BaFe0.5Nb0.5O3，取分析纯的BaCO3，Fe2O3和Nb2O5配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaFe0.5Nb0.5O3粉体；
3)制备BaCu(B2O5)粉体：按化学通式BaCu(B2O5)，取分析纯的Ba(OH)2，CuO和H3BO3配制后球磨4小时，然后烘干，过筛，压块，经800℃预烧3小时，将所得块状样品粉碎后过120目筛得到BaCu(B2O5)粉体；
4)按xNi0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88/(1-x)BaFe0.5Nb0.5O3的体积比将Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88和BaFe0.5Nb0.5O3粉体混合均匀得混合粉体，0.2≤x≤0.8；
5)在上述混合粉体中加入其质量3％-6％的BaCu(B2O5)粉体混合均匀，再加入混合粉体质量8％～15％的PVA粘合剂，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
6)将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温4小时排除粘合剂PVA，在920-950℃下烧结0.5～2小时成瓷得到磁电复合材料。
2.根据权利要求1所述的低温烧结的磁电复合陶瓷材料及其制备方法，其特征在于：所说的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液。
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