复合陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料制备技术领域，涉及多铁性材料的制备方法，具体涉及一种 Bi2Fe4〇9/BaFei2〇i9复合陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 多铁性材料又称磁电材料，它是指同时具有两种或两种以上基本铁性(铁电性、铁 磁性和铁弹性)的材料，多铁性材料的研究与磁电耦合效应的研究是密不可分的，同一材料 中磁性和铁电性共存使得多铁性材料不仅仅可以作为单一的磁性材料和铁电性材料来使 用，同时，多铁性材料中磁与电的耦合效应，即外加电场导致物质磁化或外加的磁场导致物 质内部出现电极化，使得该材料在应用中具有更高的自由度，为器件的小型化和多功能化 提供了可能。
[0003] 单相多铁性材料指在同一相中具有铁电性、铁磁性和铁弹性中的两种或两种以上 的性能。莫来石型Bi2Fe 409由于具有多铁性，磁性和催化性能引起了人们极大的研究兴趣。 可以期望在固体燃料电池，半导体气体传感器，自旋电子器件等领域有广泛的应用。然而 Bi2Fe4〇9-般在制备BiFe03的过程中作为副产物得到。并且其多铁性很弱，尤其是其磁性能 很弱（Ms = 0 · 082emu/g，Mr = 0 · 001emu/g，Hc = 493G)，难以得到实用（[1 ]Miao Liu，Haibo Yang，Ying Lin，et al. Influence of Co doping on the magnetic properties of Bi2Fe4〇9P〇wders[J].Journal of Materials Science:Materials in Electronics,2014, 25:4949-4953.) ^目前提高Bi2Fe4〇9磁性的主要方法是通过掺杂过渡金属离子，改变整个的 磁自旋结构，诱导磁化。例如：通过Ti离子的掺杂提高Bi 2Fe4〇9的多铁性（[2]Z.M.Tian， Y.Qiu,S.L. Yuan ,et al. Enhanced Multiferroic Properties in Ti-doped Bi2Fe4〇9Ceramics.Journal of Applied Physics，2010，108:064110.)〇
[0004] 然而，掺杂过度离子不能明显的提高Bi2Fe4〇9的磁性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种扮疋6409/^^6120 19复合陶瓷及其制备方法，该方法操 作简单，重复性好，经该方法制得的复合陶瓷晶粒尺寸小，致密度高。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] 本发明公开了 一种Bi2Fe4〇9/BaFei2〇i9复合陶瓷，该复合陶瓷的化学组成表达为： (l_x)Bi2Fe4〇9_xBaFei2〇i9，0 · 07 < X < 0 · 20。
[0008] 本发明还公开了一种Bi2Fe409/BaFe 12019复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0009] 1)按1:2~3的摩尔比，取Bi(N03)3 · 5H2〇和Fe(N03)3 · 9H2〇,溶解于浓度为4~ 5mol/L的硝酸溶液中；
[001 0] 2)按lg: 4~5mL的料液比，将Κ0Η溶解于蒸馏水中，制得Κ0Η溶液；
[0011 ] 3)将步骤1)制得的溶液滴入步骤2)制得的Κ0Η溶液中，制得混合溶液，将混合溶液 在180~220°C下，微波水热反应25~35min，制得反应产物，将反应产物水洗至中性；
[0012] 4)按1:8~12的摩尔比，取Ba(N〇3)2和Fe(N〇3)3 · 9H20,溶解于蒸馏水中，调节溶液 pH值至2 13，制得碱性溶液，将该碱性溶液在170~190 °C下，微波水热25~30min，制得反应 物，将反应物水洗至中性；
[0013] 5)将步骤3)和步骤4)制得的产物混合后烘干，得到混合粉体，再加入体积浓度为 5%的PVA粘结剂，然后进行造粒、压制成型，制得圆片型坯体；
[0014] 6)将圆片型坯体在600°C排胶2h，得到陶瓷生坯，然后将陶瓷生坯在800°C~850°C 下微波烧结1~5min，制得复合陶瓷。
[0015] 步骤6)制得复合陶瓷后，再对其进行表面抛光，被银电极，在600°C保温lOmin，烧 渗银电极，制得得到复合陶瓷样品。
[0016] 烧渗银电极的升温制度为：以2°C/min的升温速率从室温升温到200°C，然后以3 °C/min的升温速率从200°C升温到500°C，最后以5°C/min的升温速度从500°C升温到600°C， 降温时，随炉冷却。
[0017] 步骤6)所述排胶的升温制度为：以2°C/min的升温速率从室温升温到200°C，然后 以3°C/min的升温速率从200 °C升温到500 °C，最后以5°C/min的升温速度从500 °C升温到600 °C，降温时，随炉冷却。
[0018] 步骤6)所述微波烧结的输出功率为1400W，升温速率为25°C/min，且在30min内从 室温升温到800°C~850°C，降温时，随炉冷却。
[0019] 步骤3)和步骤4)水洗用水为蒸馏水，水洗5~6次。
[0020] 原料Bi(N〇3)3 · 5H2〇、Fe(N〇3)3 · 9H20、K0H和Ba(N〇3)2的纯度均为99.0% 以上。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0022]本发明采用BaFe12019改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷的方法，优势显著：
[0023] 1)采用微波水热法制备粉体，具有晶粒小，尺寸均匀，结晶度高，反应时间短等优 占.
[0024] 2)采用微波烧结法烧结陶瓷，不同于一般的传统烧结，烧结时间短，烧结过程中不 存在温度梯度，有效解决了Bi元素的挥发问题，此方法结合微波水热法制备的纳米粉体烧 结的陶瓷具有晶粒尺寸小，致密度高等诸多优点；
[0025] 3)以Bi(N03)3 · 5H20，Ba(N03)2和Fe(N03)3 · 9H20为原料，原料简单。
[0026] 经本发明方法制备的BaFe12019改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷大大提高了多铁性Bi 2Fe4〇9 的磁性能，具有晶粒小，尺寸均匀，结晶度高等优点，为多铁性Bi2Fe409的实际应用提供了一 种切实可行的方法。
【附图说明】
[0027] 图1是BaFe12〇19改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷材料的XRD图谱；
[0028] 图2是BaFe12019改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷材料的EDS照片；
[0029] 图3是BaFe12019改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷材料的SEM照片；
[0030] 其中，（&)、（13)、（。）、（(1)、（6)、（〇分别为叉=0.07、0.08、0.10、0.12、0.15及0.20的 复合陶瓷；
[0031] 图4是BaFe12019改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷材料的电滞回线；
[0032] 图5是BaFe12019改性Bi2Fe4〇9磁性陶瓷材料的磁滞回线。
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例中复合陶瓷（l-x)Bi2Fe4〇9_xBaFei2〇i9中x = 0.07，制备方法包括以下步 骤：
[0036] 1)按照 1:2的摩尔比称取0.728g的Bi(N03)3 · 5H20和 1.212g的Fe(N03)3 · 9H20,溶 解于5ml浓度为5mol/L的硝酸溶液中；
[0037] 2)称取25g的Κ0Η，溶解于20mL蒸馏水中，制得Κ0Η溶液；
[0038] 3)将步骤1)制得的溶液逐滴滴入步骤2)制得的Κ0Η溶液中，得到混合溶液;将混合 溶液转移至水热釜中，200°C微波水热30min得到反应产物;将反应产物水洗5~6次至中性；
[0039] 4)按照 1:8的摩尔比，称取0.3136g的Ba(N03)2和3.8784g的Fe(N03) 3 · 9H20,溶解于 40ml蒸馏水中；滴加4mol/L的Κ0Η溶液，调节溶液pH值至13，制得碱性溶液，将该碱性溶液转 移至水热釜中，在180 °C微波水热30分钟得到反应产物，将反应产物水洗5~6次至中性；
[0040] 5)将步骤3)和步骤4)得到的产物混合（以x = 0.07的摩尔比混合），烘干得到混合 粉体，再加入体积浓度为5 %的PVA粘接剂，造粒、干压成型，得到直径为10mm，厚度为1mm的 圆片形还体；
[0041 ] 6)将圆片形坯体在600°C排胶2小时得到陶瓷生坯，然后将陶瓷生坯在820°C微波 烧结5分钟得到复合陶瓷；
[0042] 其中，排胶的升温制度为：以2°C/min的升温速率从室温升温到200°C，然后以3°C/ min的升温速率从200°C升温到500°C，最后以5°C/min的升温速度从500°C升温到600°C，降 温时，随炉冷却；
[0043] 所述微波烧结的输出功率为1400W，升温速率为25°C/min，且在30min内从室温升 温到800°C~850°C，降温时，随炉冷却；
[0044] 7)将复合陶瓷表面抛光，被银电极，在600°C保温10分钟，烧渗银电极，最终得到复 合陶瓷样品。其中，烧渗银电极的升温制度为：以2°C/min的升温速率从室温升温到200°C， 然后以3°C/min的升温速率从200°C升温到500°C，最后以5°C/min的升温速度从500°C升温 至|J600°C，降温时，随炉冷却。
[0045] 实施例2
[0046] 本实施例中复合陶瓷（l-x)Bi2Fe4〇9_xBaFei2〇i9中x = 0.08，制备方法包括以下步 骤：
[0047] 1):按照 1:3的摩尔比称取0.728g的Bi(N03)3 · 5H20和 1.818g的Fe(N03)3 · 9H20,溶 解于5ml浓度为5mol/L的硝酸溶液中；
[0048] 2)称取25g的Κ0Η，溶解于20mL蒸馏水中，制得Κ0Η溶液；
[0049] 3)将步骤1)所得的溶液逐滴滴入步骤2)所得的Κ0Η溶液中，得到混合溶液，将混合 溶液转移至水热釜中，200°C微波水热30分钟得到反应产物，将反应产物水洗5~6次至中 性；
[0050] 4)按照 1:8的摩尔比，称取0.3136