CN102850051A - 一种YFeO3 基双相磁电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种YFeO3基双相磁电复合材料及其制备方法，将Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，烘干，过筛，压块，预烧后得到Y3Fe5O12粉体；将BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨，烘干，过筛，压块，预烧后得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，向混合粉体中加入PVA粘合剂造粒，得所需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，加热排除粘合剂PVA，在1350-1370℃下烧结成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。该复合材料的化学通式为xYFeO3/(1-x)Ba0.8Sr0.2TiO3，其中，x为YFeO3的质量百分数，且0.2≤x≤0.6，该复合材料在100赫兹时的介电常数为5000～60000，饱和磁化强度为2.2～6.5emu/g。
Description
技术领域
本发明属于材料科学领域，具体涉及一种YFeO3基双相磁电复合材料及其制备方法。
背景技术
随着移动通讯和计算机技术的飞速发展，使得各种电子设备变得更加高度集成化、多功能化、小型化和快速响应化。由于电子设备的微型化和小型化是必然趋势，因此，迫切需要一种材料同时具有两种或两种以上的性能，以减小电路板有限空间的消耗，进一步实现小型化。基于此，同时具有铁电性和铁磁性的磁电材料应运而生。然而，磁电单相材料的种类非常少。大多数情况下，人们把具有铁电性的材料与铁磁性的材料进行复合，所得复合材料同时具有铁电相和铁磁相。磁电复合材料就能够使用更少的资源，占用更少的体积。因此，研究开发出高效的磁电复合材料对于大规模集成电路技术的发展有着十分重要的意义。由于磁复合材料的独特性质，其在微波领域、高压输电线路的电流测量、宽波段磁探测、磁场感应器等领域有着广泛而重要的用途。YFeO3是一种多铁材料，在室温下具有铁电性和反铁磁性，奈尔温度为640K，室温下呈现出非常弱的铁磁性。另外，YFeO3是热力学不稳定相，采用固相法很难合成纯相的YFeO3。因而采用常规方法无法得到YFeO3基磁电复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的YFeO3双相磁电复合材料及其制备方法，该复合材料的介电常数为5000～60000（100赫兹），饱和磁化强度为2.2～6.5emu/g。
为达到上述目的，本发明的制备方法如下：
1）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1200-1250℃预烧2-6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1150-1200℃预烧2-6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的20-60%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量8％～15％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1350-1370℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液。
按本发明的制备方法制成的复合材料的化学通式为xYFeO3/(1-x)Ba0.8Sr0.2TiO3，其中，x为YFeOx的质量百分数，且0.2≤x≤0.6，该复合材料在100赫兹时的介电常数为5000～60000，饱和磁化强度为2.2～6.5emu/g。
本发明所制备的磁电复合材料为一种新型的复合材料。该复合材料的介电常数为5000～60000（100赫兹），饱和磁化强度为2.2～6.5emu/g。
附图说明
图1为当Y3Fe5O12的质量比为60％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为40％，烧结温度为1350℃时制备的复合材料的XRD图；
图2为当Y3Fe5O12的质量比为50％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为50％，烧结温度为1355℃时制备的复合材料的XRD图；
图3为当Y3Fe5O12的质量比为40％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为60％，烧结温度为1360℃时制备的复合材料的XRD图；
图4为当Y3Fe5O12的质量比为30％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为70％，烧结温度为1365℃时制备的复合材料的XRD图；
图5为当Y3Fe5O12的质量比为20％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为80％，烧结温度为1370℃时制备的复合材料的XRD图；
图6为当Y3Fe5O12的质量比为60％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为40％，烧结温度为1350℃时制备的复合材料的介电性能与频率的关系图；
图7为当Y3Fe5O12的质量比为50％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为50％，烧结温度为1355℃时制备的复合材料的介电性能与频率的关系图；
图8为当Y3Fe5O12的质量比为40％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为60％，烧结温度为1360℃时制备的复合材料的介电性能与频率的关系图；
图9为当Y3Fe5O12的质量比为30％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为70％，烧结温度为1365℃时制备的复合材料的介电性能与频率的关系图；
图10为当Y3Fe5O12的质量比为20％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为80％，烧结温度为1370℃时制备的复合材料的介电性能与频率的关系图；
图11为当Y3Fe5O12的质量比为60％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为40％，烧结温度为1350℃时制备的复合材料的磁滞回线；
图12为当Y3Fe5O12的质量比为50％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为50％，烧结温度为1355℃时制备的复合材料的磁滞回线；
图13为当Y3Fe5O12的质量比为40％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为60％，烧结温度为1360℃时制备的复合材料的磁滞回线；
图14为当Y3Fe5O12的质量比为30％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为70％，烧结温度为1365℃时制备的复合材料的磁滞回线；
图15为当Y3Fe5O12的质量比为20％，Ba0.8Sr0.2TiO3的质量比为80％，烧结温度为1370℃时制备的复合材料的磁滞回线。
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）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1200℃预烧6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1150℃预烧6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的60%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量8％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1350℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
由图1可以看出，此时复合材料的相组成为Ba0.8Sr0.2TiO3，YFeO3和微量的未知杂相。由图6可以看出，复合材料具有巨介电常数效应,100赫兹下的介电常数为60000。由图11可以看出，复合材料具有较强的铁磁性，饱和磁化强度为6emu/g。
实施例2：
1）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1220℃预烧5小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1170℃预烧5小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的50%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量10％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1355℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
由图2可以看出，此时复合材料的相组成为Ba0.8Sr0.2TiO3，YFeO3和微量的未知杂相。由图7可以看出，复合材料具有巨介电常数效应,100赫兹下的介电常数为48000。由图12可以看出，复合材料具有较强的铁磁性，饱和磁化强度为6.5emu/g。
实施例3：
1）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1230℃预烧4小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1180℃预烧4小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的40%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量12％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1360℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
由图3可以看出，此时复合材料的相组成为Ba0.8Sr0.2TiO3，YFeO3和微量的未知杂相。由图8可以看出，复合材料具有巨介电常数效应,100赫兹下的介电常数为25000。由图13可以看出，复合材料具有较强的铁磁性，饱和磁化强度为4.3emu/g。
实施例4：
1）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1240℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1190℃预烧3小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的30%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量14％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1365℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
由图4可以看出，此时复合材料的相组成为Ba0.8Sr0.2TiO3，YFeO3和微量的未知杂相。由图9可以看出，复合材料具有巨介电常数效应,100赫兹下的介电常数为15000。由图14可以看出，复合材料具有较强的铁磁性，饱和磁化强度为3.3emu/g。
实施例5：
1）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1250℃预烧2小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1200℃预烧2小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的20%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量15％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1370℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
由图5可以看出，此时复合材料的相组成为Ba0.8Sr0.2TiO3，YFeO3和微量的未知杂相。由图10可以看出，复合材料具有巨介电常数效应,100赫兹下的介电常数为6000。由图15可以看出，复合材料具有较强的铁磁性，饱和磁化强度为2.2emu/g。
Claims (3)
1.一种YFeO3基双相磁电复合材料的制备方法，其特征在于：
1）按化学通式Y3Fe5O12，取分析纯的Y2O3和Fe2O3配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1200-1250℃预烧2-6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Y3Fe5O12粉体；
2）按化学通式Ba0.8Sr0.2TiO3，取分析纯的BaCO3，SrCO3和TiO2配制后球磨均匀，然后烘干，过筛，压块，经1150-1200℃预烧2-6小时，然后将所得块状样品粉碎后过120目筛得到Ba0.8Sr0.2TiO3粉体；
3）将Y3Fe5O12粉体和Ba0.8Sr0.2TiO3粉体混合均匀得混合粉体，其中Y3Fe5O12粉体占混合粉体质量的20-60%；
4）向混合粉体中加入混合粉体质量8％～15％的PVA粘合剂造粒，经60目与120目筛网过筛，得到所需复合材料的混合粉末；
5）将复合材料的混合粉末按需要压制成型，在550℃，保温排除粘合剂PVA，在1350-1370℃下烧结2个小时成瓷，得到YFeO3基双相磁电复合材料。
2.根据权利要求1所述的YFeO3基双相磁电复合材料的制备方法，其特征在于：所述的PVA粘合剂采用质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液。
3.一种如权利要求1所述的YFeO3基双相磁电复合材料的制备方法制成的复合材料，其特征在于：该复合材料的化学通式为xYFeO3/(1-x)Ba0.8Sr0.2TiO3，其中，x为YFeO3的质量百分数，且0.2≤x≤0.6，该复合材料在100赫兹时的介电常数为5000～60000，饱和磁化强度为2.2～6.5emu/g。
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