專利名稱：一種具有室溫多鐵性鈥、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷及其制備方法
技術領域：
本發明屬于電子陶瓷材料領域，尤其是涉及ー種在室溫下同時具備優異鐵電、鐵磁性的鉍、鐵位共摻鐵酸鉍陶瓷及其制備エ藝。
背景技術：
多鐵材料同時具有兩種以上的鐵電、鐵磁及鐵彈特性，且其磁電效應在開發新型信息存儲器件、自旋電子器件和磁電傳感器件等方面具有巨大的潛在的應用前景。鐵酸鉍(BiFeO3)因其室溫多鐵性(鐵電居里溫度為380°C，反鐵磁奈爾點為810°C )而受到研究者的廣泛關注。然而，由于大的漏電流抑制了鐵酸鉍的鐵電特性；本征的螺旋反鐵磁結構束縛了鐵酸鉍的磁特性，因而限制了鐵酸鉍材料的應用。

發明內容
本發明的目的是提供ー種具有優異室溫多鐵性的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷及其制備方法。本發明ー種具有室溫多鐵性欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷，其特征在于，所述的欽、鉻共摻鐵酸鉍多鐵陶瓷的化學分子式為=BihHoxFe1ICryO3，其中O < χ彡O. 15，O < y彡O. I ;優選 O. I < χ < O. 15,0. 05 < y < O. I,更優選 x=0. I, y=0. I。上述ー種具有室溫多鐵性欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(I)將原料Ho203、Bi203、Cr203和Fe2O3,按照化學式比計量進行配料；(2)將步驟(I)中的混合料進行球磨，采用氧化鋯球，球磨介質為無水こ醇，球磨時間 12-24h，轉速 200-400r/min ；(3)將步驟(2)得到的漿料在100°C下烘干，烘干時間為3_5h，將獲得的粉末在750 830°C煅燒 2h ；(4)將步驟(3)獲得的鍛燒粉末再次采用步驟(2)的條件球磨，烘干后過篩，加入聚こ烯醇水溶液(PVA，優選質量分數5%)，利用壓片機在100-150MPa壓カ下壓成片狀；(5)將步驟(4)獲得的片狀物質在550°C下排膠4h，最后在80(T870°C下燒結成瓷。該多鐵陶瓷在室溫下具有優異的鐵電特性及鐵磁特性，在lOOkV/cm的電場下最大剩余極化值達到20. 25 μ C/cm2，在O. 2T的磁場下最大剩余磁化值達到O. 742emu/g，表明其具有優秀的室溫鐵電、鐵磁性能。稀土元素對Bi元素的取代可利用電荷補償作用抑制氧空位而減少漏電流，改善鐵電特性；過渡金屬元素對Fe元素的取代可激發新的鐵磁交換以獲得強磁性。稀土元素與過渡金屬元素對Bi與Fe元素共同取代，為同時具備優秀鐵電與鐵磁特性的鐵酸鉍材料的制備提供了可能。


圖I為實施例I制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的XRD圖譜；圖2為實施例I制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的電滯回線；圖3為實施例I制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的磁滯回線；圖4為實施例2制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的XRD圖譜；圖5為實施例2制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的電滯回線；圖6為實施例2制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的磁滯回線。
具體實施例方式本發明制備的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷具有優秀的鐵電與鐵磁特性，在微電子等器 件領域具有廣闊的應用前景。實施例I(I)將原料 Ho2O3、Bi2O3' Cr2O3 和 Fe2O3,以化學計量比給通式 Bi。。9Ho。。fe。。995Cr0。005O3配料，以無水こ醇和氧化鋯球為球磨介質，轉速400r/min，球磨24h。烘干后在750°C煅燒2h，摻入聚こ烯醇溶液(PVA，質量分數5%)，后在IOOMPa的壓カ下壓成直徑10mm、厚度Imm的圓片，隨后在550°C下排膠4h。最后在800°C下燒結成瓷。其陶瓷靶材的XRD圖譜(見圖I)完全符合BiFe03PDF71-2494衍射標準譜，說明所得物質沒有雜相生產，得到了 Bi。。θΗο0ο iFe0o g95Cr0o 00503 相。(2)采用步驟(I)制成的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷在100kV/cm的電場下剩余極化值達到10. 45 μ C/cm2 (見圖2)，在O. 2T的磁場下剩余磁化強度達到O. 252emu/g (見圖3)實施例2(I)將原料 Ho203、Bi203、Cr203 和 Fe2O3,以化學計量比給通式 Bi。。9Ho。。fe。。9Cr0o 103配料，以無水こ醇和氧化鋯球為球磨介質，轉速400r/min，球磨24h。烘干后在830°C煅燒2h，摻入聚こ烯醇溶液(PVA，質量分數5%)，后在120MPa的壓カ下壓成直徑10mm、厚度Imm的圓片，隨后在550°C下排膠4h。最后在870°C下燒結成瓷。其陶瓷靶材的XRD圖譜(見圖4)完全符合BiFeO3PDF 71-2494衍射標準譜，說明沒有雜相生產，得到了 Bi。。9HoQ。fe。。9^Γ0ο IO3 相。(2)采用步驟(I)制成的欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷在100kV/cm的電場下剩余極化值達到20. 25 μ C/cm2 (見圖5)，在O. 2T的磁場下剩余磁化強度達到O. 742emu/g (見圖6)
權利要求
1.ー種具有室溫多鐵性欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷，其特征在于，所述的欽、鉻共摻鐵酸鉍多鐵陶瓷的化學分子式為=BihHoxFehCryO3，其中O < χ≤O. 15，O く y≤O. I。
2.按照權利要求I的ー種具有室溫多鐵性欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷，其特征在干，O. I ≤ X ≤ O. 15,0. 05 ≤y ≤ O. Io
3.按照權利要求I的ー種具有室溫多鐵性欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷，其特征在于，x=0.1，y=0.I。
4.制備權利要求I所述的ー種具有室溫多鐵性欽、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將原料Ho203、Bi203、Cr2O3和Fe2O3,按照化學式比計量進行配料； (2)將步驟(I)中的混合料進行球磨，采用氧化鋯球，球磨介質為無水こ醇，球磨時間12-24h，轉速 200-400r/min ； (3)將步驟(2)得到的漿料在100°C下烘干，烘干時間為3-5h，將獲得的粉末在750 830°C煅燒 2h ； (4)將步驟(3)獲得的鍛燒粉末再次采用步驟(2)的條件球磨，烘干后過篩，加入聚こ烯醇水溶液，利用壓片機在100-150MPa壓カ下壓成片狀； (5)將步驟(4)獲得的片狀物質在550°C下排膠4h，最后在80(T870°C下燒結成瓷。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，聚こ烯醇水溶液質量分數5%。
全文摘要
一種具有室溫多鐵性鈥、鉻共摻鐵酸鉍陶瓷及其制備方法，屬于電子陶瓷材料領域。此陶瓷的化學分子式為Bi1-xHoxFe1-yCryO3，其中0＜x≤0.15，0＜y≤0.1。將原料Ho2O3、Bi2O3、Cr2O3和Fe2O3，按照計量比進行混合、球磨，得到的漿料烘干然后在750~830℃煅燒2h；對粉末再次球磨，烘干后加入聚乙烯醇水溶液，利用壓片機在100-150MPa壓力下壓成片狀；將片狀物質在550℃下排膠4h，最后在800~870℃下燒結成瓷。該多鐵陶瓷在室溫下具有優異的鐵電特性及鐵磁特性。
文檔編號C04B35/622GK102718474SQ20121021068
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者嚴輝, 侯育冬, 宋雪梅, 張銘, 朱滿康, 汪浩, 王如志, 王波, 胡州, 謝群鋒 申請人:北京工業大學