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Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法與流程

文檔序號(hào):12239599閱讀:404來(lái)源:國(guó)知局
Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法與流程

本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域,具體涉及一種Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法。



背景技術(shù):

由磁電材料的發(fā)展歷史可以看出,根據(jù)物相組成不同,磁電材料可以分成單相磁電材料和磁電復(fù)合材料兩大類(lèi)。盡管目前以BiFeO3為代表的單相多鐵性磁電材料形成研究熱潮,但目前尋找室溫以上具有大的磁電耦合效應(yīng)的單相磁電材料仍面臨很多挑戰(zhàn)。

磁電復(fù)合材料利用復(fù)合材料中的鐵磁相的磁致伸縮效應(yīng)和鐵電相的壓電效應(yīng)的乘積效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換,可以通過(guò)選擇具有高磁致伸縮系數(shù)和高壓電系數(shù)的材料進(jìn)行復(fù)合,而且具有較大的設(shè)計(jì)自由度和良好的室溫磁電響應(yīng),因此磁電復(fù)合材料被廣泛關(guān)注。

塊狀磁電復(fù)合材料根據(jù)連通模式,可以分為0-3型顆粒復(fù)合材料、2-2型層狀復(fù)合材料以及1-3型棒狀陣列復(fù)合材料。2-2型層狀磁電復(fù)合材料由于克服了鐵磁層和鐵電層間的化學(xué)反應(yīng)且具有高電阻消除了泄漏電流,此外層狀結(jié)構(gòu)更容易在電場(chǎng)下極化,因而具有較大的磁電耦合效應(yīng)。

磁電復(fù)合材料無(wú)論從基礎(chǔ)理論研究角度還是在未來(lái)技術(shù)應(yīng)用方面均具備多重優(yōu)勢(shì),受到了各國(guó)研究學(xué)者的高度重視。幾十年來(lái),多鐵材料的研究進(jìn)步明顯:材料基本屬性的改善方面,一定程度上提高了材料的鐵電性或鐵磁性;近幾年,研究發(fā)現(xiàn)磁電復(fù)合材料在阻變隨機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域也存在獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步拓寬了開(kāi)發(fā)空間。但是,研究中存在一些問(wèn)題:首先,材料的多種性能仍不能被穩(wěn)定操控,有關(guān)不同結(jié)構(gòu)多鐵材料的鐵電性和鐵磁性來(lái)源尚無(wú)明確定論;其次,材料在電場(chǎng)、磁場(chǎng)下的響應(yīng)行為有待進(jìn)一步穩(wěn)定和提高;最后,多鐵材料在阻變隨機(jī)存儲(chǔ)領(lǐng)域的研究仍處于起步階段,相關(guān)效應(yīng)及機(jī)理解釋仍需要大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。截止目前為止,多鐵材料距離應(yīng)用到實(shí)際生活中還有很長(zhǎng)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料及其制備方法,以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明將鐵電、鐵磁相共燒在一起,可以有效的避免兩相之間的化學(xué)反應(yīng)和元素之間的互擴(kuò)散,使所制備的層狀磁電復(fù)合材料同時(shí)具有鐵電性能、鐵磁性能和磁電耦合性能。

為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:

Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料,該層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.1≤x≤0.5。

進(jìn)一步地,該層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.2≤x≤0.5。

進(jìn)一步地,該層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.3≤x≤0.5。

進(jìn)一步地,該層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.4≤x≤0.5。

一種Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,ZrO2和TiO2配制后通過(guò)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1150~1200℃預(yù)燒2~3小時(shí),得到塊狀固體,將塊狀固體粉碎后加入燒結(jié)助劑,再次進(jìn)行球磨,得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,燒結(jié)助劑為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1050~1100℃預(yù)燒2~3小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末;

向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末;

(4)按化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.1≤x≤0.5,將步驟(3)得到的粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型復(fù)合材料的壘層疊加排列方式在模具中壓制成型;

(5)排除PVA粘合劑后再于1100~1150℃下燒結(jié)2~4小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

進(jìn)一步地,所述步驟(1)、步驟(2)中球磨時(shí)間均為4~5小時(shí)。

進(jìn)一步地,所述步驟(1)中燒結(jié)助劑為L(zhǎng)i2CO3;步驟(3)中Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入PVA粘合劑的質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的10%~15%;向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入PVA粘合劑的質(zhì)量為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的10%~15%。

進(jìn)一步地,所述的PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇水溶液。

進(jìn)一步地,所述步驟(4)中2-2復(fù)合的壘層疊加排列方式具體為:從上到下按照Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末、Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末、Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末的順序壘疊在一起。

進(jìn)一步地,所述步驟(5)中排除PVA粘合劑的具體條件為:550-600℃下保溫2~4小時(shí)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:

本發(fā)明分別將Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體、Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體造粒之后,按照2-2復(fù)合的壘層疊加排列方式在模具中壓制成型,然后排出PVA粘合劑,在1100~1150℃下燒結(jié),即可得到層狀磁電復(fù)合材料。本發(fā)明中由于Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體、Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體按照2-2復(fù)合的壘層疊加排列方式,將鐵電相和鐵磁相以層狀復(fù)合的方式共燒在一起,可以有效抑制兩相之間的互相反應(yīng)從而保持各自的特性,使其既具有良好的鐵電性,也具有優(yōu)秀的鐵磁性能。采用共燒的方式,避免了現(xiàn)有技術(shù)中直接將兩相混合從而產(chǎn)生不可預(yù)料相的問(wèn)題,進(jìn)而提高磁電復(fù)合材料的性能,并且該方法僅僅將兩種粉末壓制成型后,排除PVA粘合劑,然后燒結(jié),即可得產(chǎn)品,所以制備方法簡(jiǎn)單易行。

本發(fā)明制得的磁電復(fù)合材料具有優(yōu)異的鐵電、介電以及磁電性能。當(dāng)頻率為100赫茲時(shí),復(fù)合材料介電常數(shù)達(dá)到756.31~1673.28,介電損耗為0.20~0.50。

另外,本發(fā)明采用的原料中由于不存在鉛,所以制備方法不會(huì)造成污染,Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2復(fù)合的壘層疊加排列方式燒結(jié)在一起,層與層之間不需要粘合劑,因而應(yīng)力應(yīng)變的傳遞可以高效直接的完成。本發(fā)明通過(guò)將鐵電相粉體和鐵磁相粉體按照壘層疊加的方式使其共燒在一起,得到電磁復(fù)合材料,該電磁復(fù)合材料中可較大范圍調(diào)整壓磁相的含量,使磁電電壓系數(shù)得到大幅度提高。由于電阻率很高的鐵電相層可以完全阻斷磁性相層的連通,使得材料整體的漏電流較小,有利于材料磁電性能的提高。本發(fā)明制得的材料致密性良好,無(wú)明顯大氣孔存在,兩相晶粒尺寸均勻,均在亞微米數(shù)量級(jí),無(wú)明顯的界面原子擴(kuò)散現(xiàn)象,界面耦合較好,所以本發(fā)明能夠保證磁電復(fù)合材料直接高效的磁-電-力轉(zhuǎn)換效率,從而提高了復(fù)合材料的磁電轉(zhuǎn)換性能。

附圖說(shuō)明

圖1為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中當(dāng)x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5時(shí),復(fù)合陶瓷燒結(jié)時(shí)磁電復(fù)合材料的壘層疊加排列方式示意圖;

圖2為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4復(fù)合陶瓷組分中當(dāng)x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5時(shí),Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的XRD圖譜;

圖3為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4復(fù)合陶瓷組分中x=0.3時(shí),陶瓷斷面的八種元素的EDS能譜圖;

圖4為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4復(fù)合陶瓷組分中當(dāng)x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5時(shí)的相對(duì)介電常數(shù)與損耗角正切值隨著頻率變化圖譜;

圖5為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4復(fù)合陶瓷組分中當(dāng)x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5時(shí)的電滯回線圖譜;

圖6為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4復(fù)合陶瓷組分中當(dāng)x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5時(shí)的磁滯回線圖譜;

圖7為2-2型(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4復(fù)合陶瓷組分中當(dāng)x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5時(shí),在測(cè)試頻率為40kHz的條件下,磁電耦合系數(shù)隨磁場(chǎng)變化的圖譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:

Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料,該層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.1≤x≤0.5或0.2≤x≤0.5或0.3≤x≤0.5或0.4≤x≤0.5。

一種Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,ZrO2和TiO2配制后通過(guò)4~5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1150~1200℃預(yù)燒2~3小時(shí),得到塊狀固體,將塊狀固體粉碎后加入燒結(jié)助劑Li2CO3,再次進(jìn)行球磨4~5小時(shí),得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,Li2CO3為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)4~5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1050~1100℃預(yù)燒2~3小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末,其中Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入PVA粘合劑的質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的10%~15%;

向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末,其中Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入PVA粘合劑的質(zhì)量為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的10%~15%;

PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇水溶液;

(4)按化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且0.1≤x≤0.5,將步驟(3)得到的粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型復(fù)合材料的壘層疊加排列方式在模具中壓制成型,2-2復(fù)合的壘層疊加排列方式具體為:從上到下按照Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末、Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末、Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末的順序壘疊在一起;

(5)550-600℃下保溫2~4小時(shí)排除PVA粘合劑后再于1100~1150℃下燒結(jié)2~4小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

本發(fā)明中,2-2型磁電復(fù)合材料采用了壘層疊加,排列方式為:從上到下依次為鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3、鐵磁相Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4、鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3的順序壘疊在一起。

實(shí)施例1

層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為:(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.1。

上述層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,TiO2,ZrO2配制后通過(guò)4小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1200℃預(yù)燒2小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,將塊狀粉體粉碎后加入Li2CO3作為燒結(jié)助劑,再進(jìn)行二次球磨,得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,將Li2CO3作為燒結(jié)助劑加入到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3中,質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)4小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1050℃預(yù)燒2小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的10%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末;向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的10%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末;其中,PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的聚乙烯醇水溶液。

(4)按照化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.1,將Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式在模具中壓制成型;其中2-2磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式具體為:從上到下依次為鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3、鐵磁相Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4、鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3的順序壘疊在一起。

(5)在溫度為600℃下保溫2小時(shí)排除PVA粘合劑之后,在于1100℃下燒結(jié)2小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

圖1為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x=0.1時(shí),復(fù)合陶瓷在1100℃燒結(jié)時(shí)的2-2型復(fù)合的壘層疊加排列方式示意圖。

由圖4可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.1,頻率為100Hz時(shí),介電常數(shù)為1673.28,介電損耗為0.20。

由圖5和圖6可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.1時(shí),飽和極化強(qiáng)度Ps為20.75Μc/cm2,飽和磁化強(qiáng)度Ms為6.16emu/g。

由圖7可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.1時(shí),在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1100Oe時(shí),磁電耦合系數(shù)為2.23Mv/cm·Oe。

實(shí)施例2

層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為:(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.2。

上述層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,TiO2,ZrO2配制后通過(guò)5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1150℃預(yù)燒3小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,將塊狀粉體粉碎后加入Li2CO3作為燒結(jié)助劑,再進(jìn)行二次球磨,得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,將Li2CO3作為燒結(jié)助劑加入到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3中,質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)4小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1060℃預(yù)燒2小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的12%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末;向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的12%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末;其中,PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的聚乙烯醇水溶液。

(4)按照化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.2,將Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式在模具中壓制成型;其中2-2磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式具體為:從上到下依次為鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3、鐵磁相Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4、鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3的順序壘疊在一起。

(5)在溫度為560℃下保溫2.5小時(shí)排除PVA粘合劑之后,在于1120℃下燒結(jié)2.5小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

圖1為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x=0.2時(shí),復(fù)合陶瓷在1120℃燒結(jié)時(shí)的2-2型復(fù)合的壘層疊加排列方式示意圖。

由圖4可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.2,頻率為100Hz時(shí),介電常數(shù)為1268.31,介電損耗為0.24。

由圖5和圖6可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.2時(shí),飽和極化強(qiáng)度Ps為16.89Μc/cm2,飽和磁化強(qiáng)度Ms為11.99emu/g。

由圖7可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.2時(shí),在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1100Oe時(shí),磁電耦合系數(shù)為4.98Mv/cm·Oe。

實(shí)施例3

層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為:(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.3。

上述層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,TiO2,ZrO2配制后通過(guò)4.5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1180℃預(yù)燒2.5小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,將塊狀粉體粉碎后加入Li2CO3作為燒結(jié)助劑,再進(jìn)行二次球磨,得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,將Li2CO3作為燒結(jié)助劑加入到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3中,質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)4.5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1070℃預(yù)燒2.5小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的13%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末;向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的13%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末;其中,PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的聚乙烯醇水溶液。

(4)按照化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.3,將Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式在模具中壓制成型;其中2-2磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式具體為:從上到下依次為鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3、鐵磁相Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4、鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3的順序壘疊在一起。

(5)在溫度為580℃下保溫3小時(shí)排除PVA粘合劑之后,在于1130℃下燒結(jié)3小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

圖1為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x=0.3時(shí),復(fù)合陶瓷在1130℃燒結(jié)時(shí)的2-2型復(fù)合的壘層疊加排列方式示意圖。

由圖4可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.3,頻率為100Hz時(shí),介電常數(shù)為1208.32,介電損耗為0.32。

由圖5和圖6可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.3時(shí),飽和極化強(qiáng)度Ps為15.83Μc/cm2,飽和磁化強(qiáng)度Ms為16.03emu/g。

由圖7可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.3時(shí),在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1100Oe時(shí),磁電耦合系數(shù)為9.69Mv/cm·Oe。

實(shí)施例4

層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為:(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.4。

上述層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,TiO2,ZrO2配制后通過(guò)4小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1190℃預(yù)燒2小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,將塊狀粉體粉碎后加入Li2CO3作為燒結(jié)助劑,再進(jìn)行二次球磨,得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,將Li2CO3作為燒結(jié)助劑加入到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3中,質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1080℃預(yù)燒3小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的15%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末;向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的15%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末;其中,PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的聚乙烯醇水溶液。

(4)按照化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.4,將Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式在模具中壓制成型;其中2-2磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式具體為:從上到下依次為鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3、鐵磁相Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4、鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3的順序壘疊在一起。

(5)在溫度為550℃下保溫4小時(shí)排除PVA粘合劑之后,在于1150℃下燒結(jié)4小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

圖1為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x=0.4時(shí),復(fù)合陶瓷在1150℃燒結(jié)時(shí)的2-2型復(fù)合的壘層疊加排列方式示意圖。

由圖4可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.4,頻率為100Hz時(shí),介電常數(shù)為1165.26,介電損耗為0.43。

由圖5和圖6可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.4時(shí),飽和極化強(qiáng)度Ps為12.85Μc/cm2,飽和磁化強(qiáng)度Ms為17.2emu/g。

由圖7可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.4時(shí),在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1100Oe時(shí),磁電耦合系數(shù)為10.93Mv/cm·Oe。

實(shí)施例5

層狀磁電復(fù)合材料的化學(xué)式為:(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.5。

上述層狀磁電復(fù)合材料的制備方法,包括以下步驟:

(1)按化學(xué)式Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3將分析純的BaCO3,CaCO3,TiO2,ZrO2配制后通過(guò)5小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1170℃預(yù)燒3小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,將塊狀粉體粉碎后加入Li2CO3作為燒結(jié)助劑,再進(jìn)行二次球磨,得到產(chǎn)品,然后將產(chǎn)品過(guò)120目篩,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體;其中,將Li2CO3作為燒結(jié)助劑加入到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3中,質(zhì)量為Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的0.5wt%;

(2)按化學(xué)式Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4將分析純的Co2O3,NiO,ZnO和Fe2O3配制后通過(guò)4小時(shí)球磨混合均勻,然后烘干、過(guò)篩、壓塊,再經(jīng)1100℃預(yù)燒2小時(shí),得到塊狀產(chǎn)品,然后將塊狀產(chǎn)品粉碎后過(guò)120目篩,得到Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體;

(3)向Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體中加入Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉體質(zhì)量的10%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末;向Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體中加入Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉體質(zhì)量的10%的PVA粘合劑后造粒,再經(jīng)80目和120目篩網(wǎng)過(guò)篩,取80目與120目篩網(wǎng)之間的粉體,得到粒徑均勻的Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末;其中,PVA粘合劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的聚乙烯醇水溶液。

(4)按照化學(xué)式(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x為Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4的摩爾百分?jǐn)?shù),且x=0.5,將Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3粉末和Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4粉末按照2-2型磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式在模具中壓制成型;其中2-2磁電復(fù)合材料的壘層疊加的排列方式具體為:從上到下依次為鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3、鐵磁相Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4、鐵電相Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3的順序壘疊在一起。

(5)在溫度為600℃下保溫2小時(shí)排除PVA粘合劑之后,在于1100℃下燒結(jié)2小時(shí)成瓷,得到Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/Co0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4層狀磁電復(fù)合材料。

圖1為(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4,其中x=0.5時(shí),復(fù)合陶瓷在1100℃燒結(jié)時(shí)的2-2型復(fù)合的壘層疊加排列方式示意圖。

由圖4可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.5,頻率為100Hz時(shí),介電常數(shù)為756.31,介電損耗為0.50。

由圖5和圖6可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.5時(shí),飽和極化強(qiáng)度Ps為9.85Μc/cm2,飽和磁化強(qiáng)度Ms為18.3emu/g。

由圖7可以看出,復(fù)合材料(1-x)Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3/xCo0.8Ni0.1Zn0.1Fe2O4組分中x=0.5時(shí),在磁場(chǎng)強(qiáng)度為1100Oe時(shí),磁電耦合系數(shù)為20.85Mv/cm·Oe。

本發(fā)明所制得的2-2型磁電復(fù)合材料,通過(guò)將鐵電相粉體和鐵磁相粉體按照壘層疊加的排列方式使兩相共燒在一起的磁電復(fù)合材料。此種結(jié)構(gòu)改善了顆粒型磁電復(fù)合材料鐵磁相彌散的問(wèn)題,與此同時(shí),保持了復(fù)合材料中鐵磁、鐵電相各自的磁致伸縮效應(yīng)和壓電效應(yīng),并且在兩種材料之間不存在反應(yīng)和互相的擴(kuò)散,從而使材料獲得了較大的磁電耦合系數(shù)。

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