RU2761797C1 - Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях - Google Patents
Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761797C1 RU2761797C1 RU2021115522A RU2021115522A RU2761797C1 RU 2761797 C1 RU2761797 C1 RU 2761797C1 RU 2021115522 A RU2021115522 A RU 2021115522A RU 2021115522 A RU2021115522 A RU 2021115522A RU 2761797 C1 RU2761797 C1 RU 2761797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite
- barium
- barium titanate
- barium ferrite
- ferrite
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
- C04B35/2683—Other ferrites containing alkaline earth metals or lead
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
- C04B35/465—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
- C04B35/468—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
- C04B35/4686—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates based on phases other than BaTiO3 perovskite phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
- C04B35/634—Polymers
- C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B35/63416—Polyvinylalcohols [PVA]; Polyvinylacetates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8536—Alkaline earth metal based oxides, e.g. barium titanates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
Abstract
Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария относится к производству сегнетомагнитных материалов или мультиферроиков. Для осуществления заявляемого способа производится раздельный размол титаната бария и феррита бария до дисперсности 10 мкм. Полученные порошки титаната бария и феррита бария смешивают в пропорции 4:1 и перемешивают до однородности. К полученной смеси добавляют 5 масс.% пятипроцентного по массе водного раствора поливинилового спирта в качестве пластификатора и осуществляют перемешивание до однородности. Производят холодную формовку полученной смеси давлением 600 МПа. Производится синтез композита при 1248-1250°C в течение 2-6 ч с последующим плавным остыванием полученного композита в течение 8-20 ч. Технический результат изобретения – создание композитного мультиферроика с требуемыми магнитоэлектрическими свойствами при минимальной температуре спекания. 1 ил.
Description
Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария относится к производству сегнетомагнитных материалов или мультиферроиков.
Мультиферроики - соединения, в которых сосуществуют, по крайней мере, два из трех видов упорядочения: сегнетоэлектрическое, ферромагнитное, или сегнетоэластическое. В мультиферроиках приложение внешнего магнитного поля вызывает изменение поляризации и, наоборот, приложение электрического поля сопровождается изменением намагниченности. Это свойство дает возможность применять мультиферроики для построения электрически управляемых СВЧ-устройств, акустической техники, высокочувствительных датчиков переменного магнитного поля и т.д.
Мультиферроики классифицируются на гетерогенные (композитные) и гомогенные (однофазные). Согласно феноменологической теории, магнитоэлектрический отклик однофазных мультиферроиков, ограничен магнитной проницаемостью и диэлектрической проницаемостью материала.
Задача поиска оптимального магнитоэлектрического материала, сочетающего в себе высокие ферромагнитные и сегнетоэлектрические свойства, - остается актуальной. Заявляемые композитные материалы, обладающие свойствами мультиферроиков, представляют смесь магнитных и пьезоэлектрических частиц в твердотельной матрице. Композитные мультиферроки показывают магнитоэлектрические характеристики на 2-3 порядка превосходящие характеристики гомогенных систем.
Эффективные композитные мультиферроики изготавливают из компонентов, которые не вступают в химическую реакцию как в процессе, так и после спекания магнитного и пьезоэлектрического компонентов. При этом получаемые мультиферроики должны проявлять высокие магнитострикционные свойства ферромагнитной компоненты и пьезоэлектрические характеристики ферроэлектрической фазы.
Известные на сегодняшний день высокотемпературные мультиферроики обладают слабыми магнитными свойствами.
Для изготовления композитных мультиферроиков, пригодных для практических задач магнитоэлектроники, требуются мультиферроики с большими значениями намагниченности и коэрцитивной силы. С этой точки зрения представляют интерес композитные мультиферроики, созданные на основе гексагональных ферритов. Следует отметить важность тщательного измельчения исходных компонентов как для повышения каталитической активности в твердофазных реакциях процессов спекания за счет уменьшения размеров кристаллитов, так и за счет проявления веществом в нанокристаллическом состоянии особых свойств (магнитных, оптических и др.), не характерных для объемных материалов.
Целью заявляемого способа изготовления композита титанат бария - феррит бария алюминийсодержащих тиглях является создание композитных мультиферроиков на основе сегнетоэлектрического (феррит бария) и ферроэлектрического (титанат бария) компонентов в недорогих и доступных тиглях при минимальной температуре спекания, обладающих требуемыми для решения практических задач магнитоэлектроники магнитоэлектрическими свойствами при комнатных температурах.
Для достижения поставленной цели предложен способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях включающий: размол титаната бария и феррита бария до дисперсности 10 мкм; их смешение в пропорции 4:1, соответственно, и перемешивание до однородности; добавление к смеси 5 массовых % пятипроцентного по массе водного раствора поливинилового спирта в качестве пластификатора и перемешивание до однородности; холодная формовка полученной смеси давлением 600 МПа; синтез композита при 1240-1250°C в течение 2-6 ч и плавное остывание в течение 8-20 часов.
Заявляемое изобретение иллюстрируется Фиг. 1.
Фиг. 1. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости образцов BaTiO3 (а) и композита феррит бария (20%) - BaTiO3 (80%) (б), полученных при температурах спекания 1100°C (кривая 4), 1150°C (кривая 1), 1200°C (кривая 2), 1250°C (кривая 3) и 1350°C (кривая 5).
В качестве сегнетоэлектрика необходимого для создания заявляемого композита выбран титанат бария с температурой синтеза не менее 1300°C, т.к. при меньшей температуре сегнетоэлектрические свойства проявляются слишком слабо Фиг. 1 (а).
Керамический композит на основе титаната бария - феррит бария является одним из перспективных мультиферроидных материалов, а температура точки Кюри в районе 140°C обеспечивает широкий интервал рабочих температур. Изменением внутренних параметров системы (процентное соотношение шихты, наличие пластификаторов, механическая обработка и т.д.) и внешних (температура, давление и т.д.) можно направлено изменять различные физических параметры получаемых композитов.
Для контролируемого нагрева в данном тепловом диапазоне предлагается использовать широко применяемые для получения керамических композитов нагреватели - муфельные печи. Наиболее доступными и недорогими тиглями для работы с температурами до 1400°C являются алюминийсодержащие фарфоровые тигли - шамотные и пр.
Было установлено, что при низких температурах синтеза композита керамические композиты на основе титаната бария - феррит бария обладают очень слабыми сегнетоэлектрическими свойствами Фиг. 1 (б) кривые 1 и 2. В свою очередь использованию высоких температур для синтеза композита препятствует возникновение при обжиге шихты интерметаллидных сплавов системы Fe-Al. Так при температуре 1300°C железо из феррита бария и алюминий из фарфорового тигля в присутствии титаната бария образуют эвтектику, вследствие чего образцы и тигель «склеиваются», теряют жесткость и начинают «стекать». Снижение же температуры до 1200°C и ниже приводит к значительному снижению сегнетоэлектрические свойств композита. В свою очередь применение более дорогих тиглей (корундовые, графитовые и т.д.) приводит к существенному увеличению затрат на создание композитных мультиферроиков обладающих требуемыми для решения практических задач магнитоэлектроники магнитоэлектрическими свойствами при комнатных температурах.
В результате проведенных исследований был найден узкий температурный интервал синтеза композита от 1248 до 1250°C в котором эвтектики не наблюдается и интерметаллид не образуется. И, что важно, был выявлен синергетический эффект - у полученного при температуре 1250°C керамического композита сегнетоэлектрические свойства аналогичны характеристиками титаната бария, синтезированным при более высокой температуре - 1300°C.
Таким образом заявляется способ получения мультиферроика - композита титанат бария - феррит бария, который синтезируется при температуре 1250°C, что ниже чем у составных компонентов, в алюминийсодержащих тиглях и в обычной муфельной печи.
Способ позволяет получать образцы с максимально возможными для данной температуры сегнетоэлектрическими показателями без возникновения эвтектики между компонентами композита и алюминийсодержащих тиглей.
Экспериментальным путем была установлена необходимая дисперсность исходных веществ, составляющая 10 мкм, и пропорция 4:1 для смеси, соответственно, титаната бария и феррита бария, обеспечивающие успешное протекания твердофазных реакций процессов синтеза композита и получение композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях. Также было установлено, что добавление пятипроцентного по массе водного раствора поливинилового спирта в качестве пластификатора в количестве более 5 массовых процентов приводит к образованию пор при обжиге, что негативно сказывается на качестве получаемого композита, а добавление его в количестве менее 5 массовых процентов не обеспечивает функцию пластификатора; формовка давлением 600 МПа необходима для достижения достаточной механической прочности образца; температурный интервал 1248-1250°С и продолжительность синтеза композита 2-6 ч обеспечивают успешное протекания твердофазных реакций процессов спекания; резкое охлаждения образца после обжига приводит к разрушению образца из-за протекающих температурных деформаций.
Техническим результатом заявляемого способа является удешевление производства и снижение энергетических затрат на синтез заявляемого мультиферроика.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом:
1. Производится раздельный размол титаната бария и феррита бария до дисперсности 10 мкм.
2. Производится смешение порошков компонентов титаната бария и феррита бария в пропорции 4:1, соответственно, и перемешивание до однородности.
3. К полученной смеси добавляют 5 массовых % пятипроцентного по массе водного раствора поливинилового спирта в качестве пластификатора и осуществляют перемешивание до однородности.
4. Производят холодную формовку полученной смеси давлением 600 МПа.
5. Производится синтез композита при 1248-1250°C в течение 2-6 ч.
6. Осуществляется плавное остывание полученного композита в течение 8-20 часов.
Способ осуществляется следующим образом.
1. Титанат бария, полученный методом твердофазного синтеза из эквимолярной смеси карбоната бария и диоксида титана, и феррит бария, полученный методом твердофазного синтеза из эквимолярной смеси карбоната бария и оксида железа, в течении 2 часов каждый измельчают в фарфоровой ступке. Для обеспечения требуемой дисперсности - 10 мкм, каждый из измельченных компонентов просеивают через сито 1250 mesh.
2. В фарфоровой ступке производят смешение порошков компонентов титаната бария и феррита бария в пропорции 4:1, соответственно, и перемешивание до однородности в течении 1 часа.
3. К полученной смеси добавляют 5 массовых % пятипроцентного по массе водного раствора поливинилового спирта в качестве пластификатора и осуществляют дальнейшее перемешивание до однородности в течении 10 минут.
4. Производят холодную формовку полученной смеси давлением 600 МПа на гидравлическом прессе SD0802CE в течении 10 секунд.
5. В муфельной печи МИМП-10п производится синтез композита при 1248-1250°С в течение 2-6 ч.
6. Печь выключают и в закрытой печи осуществляется плавное остывание полученного композита в течение 8-20 часов.
Для реализации заявляемого способа не требуется специального оборудования. Достаточно иметь гидравлический пресс, фарфоровый тигель, муфельную печь и фарфоровые ступку с пестиком и исходные реагенты.
Claims (1)
- Способ изготовления композита титанат бария – феррит бария в алюминийсодержащих тиглях, включающий размол титаната бария и феррита бария до дисперсности 10 мкм; их смешение в пропорции 4:1, соответственно; перемешивание полученной смеси до однородности; добавление к смеси 5 мас. % пятипроцентного по массе водного раствора поливинилового спирта в качестве пластификатора и перемешивание до однородности; холодная формовка полученной смеси давлением 600 МПа в течение 10 с; синтез композита при 1248-1250°С в течение 2-6 ч и плавное остывание в течение 8-20 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115522A RU2761797C1 (ru) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021115522A RU2761797C1 (ru) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761797C1 true RU2761797C1 (ru) | 2021-12-13 |
Family
ID=79175096
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021115522A RU2761797C1 (ru) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761797C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61140111A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-27 | サントル・ナシオナル・ド・ラ・ルシエルシユ・シアンテイフイーク | 磁化された六角形フエライトの調製法、これらのフエライトの磁石又は磁気記録用の基磯材料としての用途 |
SU1573475A1 (ru) * | 1988-03-23 | 1990-06-23 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Ферритовый материал |
US20050191708A1 (en) * | 2000-10-03 | 2005-09-01 | Mirari Biosciences, Inc. | Microwave microfluidics |
CN107056269A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-08-18 | 李聪 | 一种高频高电阻率铁氧体软磁材料的制备方法 |
-
2021
- 2021-05-31 RU RU2021115522A patent/RU2761797C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61140111A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-27 | サントル・ナシオナル・ド・ラ・ルシエルシユ・シアンテイフイーク | 磁化された六角形フエライトの調製法、これらのフエライトの磁石又は磁気記録用の基磯材料としての用途 |
SU1573475A1 (ru) * | 1988-03-23 | 1990-06-23 | Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова | Ферритовый материал |
US20050191708A1 (en) * | 2000-10-03 | 2005-09-01 | Mirari Biosciences, Inc. | Microwave microfluidics |
CN107056269A (zh) * | 2017-05-04 | 2017-08-18 | 李聪 | 一种高频高电阻率铁氧体软磁材料的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Preparation and enhanced electrical properties of grain-oriented (Bi1/2Na1/2) TiO3-based lead-free incipient piezoceramics | |
Wei et al. | Temperature dependence of the dielectric and piezoelectric properties of x BiFeO 3–(1− x) BaTiO 3 ceramics near the morphotropic phase boundary | |
CN100509703C (zh) | 强磁场作用下制备铁酸铋镧-钛酸铅固溶体陶瓷的方法 | |
Ramana et al. | Synthesis of lead free sodium bismuth titanate (NBT) ceramic by conventional and microwave sintering methods | |
Hao et al. | Improved piezoelectric properties of (KxNa1− x) 0.94 Li0. 06NbO3 lead-free ceramics fabricated by combining two-step sintering | |
Ge et al. | Size dependence of the polarization and dielectric properties of KNbO 3 nanoparticles | |
Xue et al. | Mechanochemical synthesis of nanosized lead titanate powders from mixed oxides | |
Chen et al. | Relaxor behavior and dielectric properties of Bi (Zn 2/3 Nb 1/3) O 3-modified BaTiO 3 ceramics | |
Wang et al. | Mechanochemically synthesized lead magnesium niobate | |
Chen et al. | Enhancing piezoelectric performance of CaBi 2 Nb 2 O 9 ceramics through microstructure control | |
RU2761797C1 (ru) | Способ изготовления композита титанат бария - феррит бария в алюминийсодержащих тиглях | |
Hou et al. | The fine-grained KNN–LN ceramics densified from nanoparticles obtained by an economical sol–gel route | |
Badapanda et al. | Structure and dielectric properties of bismuth sodium titanate ceramic prepared by auto-combustion technique | |
Shahzad et al. | Structural and electrical properties of cation and anion doped BiScO3-PbTiO3 ceramics | |
Jiang et al. | Electrical properties of Bi (Ni1/2Ti1/2) O3–PbTiO3 high-TC piezoelectric ceramics fabricated by the microwave sintering process | |
Wang et al. | Properties of spark plasma sintered pseudocubic BiFeO3–BaTiO3 ceramics | |
Chitra et al. | Dysprosium doping on structural and electrical properties of lead free (Ba 0.7 Ca 0.3)(Ti 0.92 Sn 0.08) O 3 ceramic system | |
Zhang et al. | Effects of Ti on dielectric and piezoelectric properties of (Pb0. 985La0. 01) 1+ y (Nb1− yTiy) 2O6 ceramics | |
CN112142466A (zh) | 一种铌镱酸铅基反铁电陶瓷材料及其制备方法 | |
Paula et al. | Study on the K3Li2Nb5O15 formation during the production of (Na0. 5K0. 5)(1− x) LixNbO3 lead-free piezoceramics at the morphotropic phase boundary | |
Qiao et al. | Constructing ferroelectric–antiferroelectric phase boundary in PbZrO 3-based ceramics for enhancing hydrostatic-pressure-induced depolarization performances significantly | |
Junmin et al. | Synthesizing 0.9 PZN–0.1 BT by mechanically activating mixed oxides | |
Truong-Tho et al. | Fabrication by Annealing at Approximately 1030° C and Electrical Characterization of Lead-Free (1− x) Bi 0.5 K 0.5 TiO 3–x Ba (Fe 0.5 Nb 0.5) 0.05 Ti 0.95 O 3 Piezoelectric Ceramics | |
Nandan et al. | Enhanced room-temperature electrocaloric and pyroelectric responses around morphotropic phase boundary and energy storage performance of lead-free Ba0. 85Ca0. 15Hf0. 10Ti0. 90O3 ceramics sintered at various temperatures | |
CN103435344B (zh) | 一种高频陶瓷滤波器用压电陶瓷材料 |