專利名稱：一種具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于材料科學領域，涉及一種具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料及其制備方法。
背景技術：
近年來，隨著信息、通訊和互聯網技術的高速發展，要求高速數據和高電流密度的傳輸，電子線路日益向微型化、集成化的方向發展，這就對電子器件、整機和系統提出了小型化、輕量化和多功能化的要求。因此，包括電容器在內的元器件的微型化和小型化是必然趨勢。而有效介電常數越大的材料，占用相同的資源能夠獲得更大的電容，從而滿足各種電路上的功能。由于巨介電常數材料就能夠使用更少的資源，占用更少的體積。因此，研究開發出高效的巨介電常數材料對于大規模集成電路技術的發展有著十分重要的意義。鐵電 /鐵磁復合材料兼有電容和電感兩種特性，既能為電子器件中電容、電感部分的集成提供更多選擇，又可以滿足器件的小型化和集成化。與此同時，低溫共燒陶瓷(LTCC)技術以其優異的電子、熱機械和互聯等特性逐漸成為目前無源集成的主流方式。鐵電/鐵磁復合材料與LTCC技術結合不僅有助于解決目前LTCC材料種類單一，性能沒有實現系列化的問題，還能用單一材料同時實現電容和電感部分的功能，從而避免電容層和電感層材料共燒時可能出現的不匹配。然而，絕大多數具有巨介電常數磁電復合材料的燒結溫度高達1300°C左右，無法達到LTCC技術要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種燒結溫度低，制備工藝簡單的具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料及其制備方法。為達到上述目的，本發明具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料的反應合成表達式為 XBi4Ti3O12/(1-x)Nia37Cua2ciZna43Feh92O3J，其中 x 為 Bi4Ti3O12 的質量百分數，且O. 2 < X < O. 6，該復合材料在20赫茲時介電常數高達1300(Γ65000，I兆赫茲時的磁導率為8 55。本發明的制備方法，包括以下步驟I)將分析純的Bi2O3和TiO2按化學通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經84(T860°C預燒4飛小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到Bi4Ti3O12粉體；2)分析純的 NiO，CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化學通式 Nia37Cua2tlZna43Feh92C^88 配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經80(T82(TC預燒4飛小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到 Ni。. 2tiZnQ. I3Fe1.9203.88 ^(體；3)將 Bi4Ti3O12 粉體和 Nia37Cua2tlZna43Feh9A88 粉體按 XBi4Ti3O12/(1_χ)Nia37Cua2ciZna43Feu2C^88表達式混合均勻得混合粉料，其中χ為Bi4Ti3O12的質量百分數，且O. 2 ^ X ^ O. 6 ；
4)向混合粉料中加入混合粉料質量份數8% 15%的PVA粘合劑造粒，經60目與120目篩網過篩，得到所需復合材料的混合粉末；5)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型，在550°C，保溫4個小時排除粘合劑PVA，在94(T950°C燒結2 4個小時成瓷，得到具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料。所述的PVA粘合劑采用質量份數為5%的聚乙烯醇水溶液。本發明的目的制備方法燒結溫度低，燒結溫度為950 V，具有巨介電常數，20赫茲時介電常數高達1300(Γ65000，磁導率較高，I兆赫茲時的磁導率為8 55。


圖I 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 20%, Ni0.37Cu0.20Zn0.43FeL9203.88 的質量比為 80%,燒結溫度為940°C，保溫4小時制備的復合材料的XRD圖。
圖2 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 40%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 60%,燒結溫度為945°C，保溫3小時制備的復合材料的XRD圖。圖3 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 60%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 40%,燒結溫度為950°C，保溫2小時制備的復合材料的XRD圖。圖4 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 20%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 80%,燒結溫度為940°C，保溫4小時制備的復合材料的介頻圖。圖5 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 40%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 60%,燒結溫度為945°C，保溫3小時制備的復合材料的介頻圖。圖6 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 60%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 40%,燒結溫度為950°C，保溫2小時制備的復合材料的介頻圖。圖7 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 20%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 80%,燒結溫度為940°C，，保溫4小時制備的復合材料的磁性能。圖8 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 40%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 60%,燒結溫度為945°C，保溫3小時制備的復合材料的磁性能。圖9 為當 Bi4Ti3O12 的質量比為 60%, Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.9203.88 的質量比為 40%,燒結溫度為950°C，保溫2小時制備的復合材料的磁性能。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例I :I)將分析純的Bi2O3和TiO2按化學通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經840°C預燒6小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到Bi4Ti3O12粉體；2)分析純的 NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化學通式 Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.92 03.88 配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經820°C預燒4小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到
Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕體；3 )按質量百分比取 20% 的 Bi4Ti3O12 粉體和 80% 的 Ni0.37Cu0.20Zn0.43FeL 92 03.88 粉體混合均勻得混合粉料；4)向混合粉料中加入混合粉料質量份數8%的PVA粘合劑造粒，經60目與120目篩網過篩，得到所需復合材料的混合粉末；所述的PVA粘合劑采用質量份數為5 %的聚乙烯醇水溶液；5)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型，在550°C，保溫4個小時排除粘合劑PVA，在940°C燒結4小時成瓷，得到具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料。由圖I可以看出，本實施例制備的復合材料中只含有Bi4Ti3O12和Ni。. 37CU0. 2(|Zn0. 43pei. 92。3. 88 兩相，無其匕雜相存在。由圖4可以看出，本實施例制備的復合材料具有巨介電常數效應，20赫茲時介電常數為32500。由圖7可以看出，本實施例制備的復合材料有較好的磁性，I兆赫茲時的磁導率為55。·
實施例2 I)將分析純的Bi2O3和TiO2按化學通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經850°C預燒5小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到Bi4Ti3O12粉體；2)分析純的 NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化學通式 Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.92 03.88 配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經800°C預燒6小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到
Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕體；3 )按質量百分比取 40% 的 Bi4Ti3O12 粉體和 60% 的 Ni。. 37Cu0.20Zn0.43FeL 92 03.88 粉體混合均勻得混合粉料；4)向混合粉料中加入混合粉料質量份數12 %的PVA粘合劑造粒，經60目與120目篩網過篩，得到所需復合材料的混合粉末；所述的PVA粘合劑采用質量份數為5 %的聚乙烯醇水溶液；5)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型，在550°C，保溫4個小時排除粘合劑PVA，在945°C燒結3小時成瓷，得到具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料。由圖2可以看出，本實施例制備的復合材料中只含有Bi4Ti3O12和Ni。. 37CU0. 2(|Zn0. 43pei. 92。3. 88 兩相，無其匕雜相存在。由圖5可以看出，本實施例制備的復合材料具有巨介電常數效應，20赫茲時介電常數為65000。由圖8可以看出，本實施例制備的復合材料有較好的磁性，I兆赫茲時的磁導率為22。實施例3 I)將分析純的Bi2O3和TiO2按化學通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經860°C預燒4小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到Bi4Ti3O12粉體；2)分析純的 NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化學通式 Ni0.37Cu0.20Zn0. Je1.92 03.88 配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經810°C預燒5小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到
Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕體；3 )按質量百分比取 60% 的 Bi4Ti3O12 粉體和 40% 的 Ni。. 37Cu0.20Zn0.43FeL 92 03.88 粉體混合均勻得混合粉料；4)向混合粉料中加入混合粉料質量份數15 %的PVA粘合劑造粒，經60目與120目篩網過篩，得到所需復合材料的混合粉末；
所述的PVA粘合劑采用質量份數為5 %的聚乙烯醇水溶液；5)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型，在550°C，保溫4個小時排除粘合劑PVA，在950°C燒結2小時成瓷，得到具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料。由圖3可以看出，本實施例制備的復合材料中只含有Bi4Ti3O12和Ni。. 37CU0. 2(|Zn0. 43pei. 92。3. 88 兩相，無其匕雜相存在。
由圖6可以看出，本實施例制備的復合材料具有巨介電常數效應，20赫茲時介電常數為13000。由圖9可以看出，本實施例制備的復合材料有較好的磁性，I兆赫茲時的磁導率為
8.8 ο
權利要求
1.一種具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料，其特征在于該復合材料的反應合成表達式為 XBi4Ti3O12/(I-X) Nia37Cua2tlZna43Feh9A88，其中 x 為 Bi4Ti3O12 的質量百分數，且O.X^O. 6,該復合材料在20赫茲時介電常數高達1300(Γ65000，I兆赫茲時的磁導率為8 55。
2.一種具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 O將分析純的Bi2O3和TiO2按化學通式Bi4Ti3O12配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經84(T860°C預燒4 6小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到Bi4Ti3O12粉體；2)分析純的NiO, CuO, ZnO 和 Fe2O3 按化學通式 Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fei.92 03.88 配制后球磨，烘干，過篩，壓塊，經80(T82(TC預燒4飛小時，然后將所得塊狀樣品粉碎后過120目篩得到Ni。. 37CU0. 2(|ZnQ. 43pei. 92〇3. 88 敕體； 3)將Bi4Ti3O12 粉體和 Nia37Cua2ciZna43Feh92C^88 粉體按 XBi4Ti3O12/(l_x)Nia37Cua2ciZna43Feu2C^88表達式混合均勻得混合粉料，其中x為Bi4Ti3O12的質量百分數，且O.2 ^ X ^ O. 6 ； 4)向混合粉料中加入混合粉料質量份數8% 15%的PVA粘合劑造粒，經60目與120目篩網過篩，得到所需復合材料的混合粉末； 5)將復合材料的混合粉末按需要壓制成型，在550°C，保溫4個小時排除粘合劑PVA，在94(T950°C燒結2 4個小時成瓷，得到具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料。
3.根據權利要求2所述的有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料的制備方法，其特征在于所述的PVA粘合劑采用質量份數為5%的聚乙烯醇水溶液。
全文摘要
一種具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料及其制備方法，將Bi2O3和TiO2混合球磨，烘干，過篩，壓塊，預燒，然后粉碎后過120目篩得到Bi4Ti3O12粉體；將NiO，CuO，ZnO和Fe2O3混合后球磨，烘干，過篩，壓塊，預燒，粉碎后過120目篩得到Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉體；將Bi4Ti3O12粉體和Ni0.37Cu0.20Zn0.43Fe1.92O3.88粉體混合均勻得混合粉料，向混合粉料中加入PVA粘合劑造粒，經60目與120目篩網過篩，得到所需復合材料的混合粉末；將復合材料的混合粉末按需要壓制成型，排除粘合劑PVA，在940~950℃燒結成瓷，得到具有巨介電常數的低溫共燒磁電復合材料。復合材料在20赫茲時介電常數高達13000~65000，1兆赫茲時的磁導率為8~55。
文檔編號C04B35/64GK102898132SQ20121039795
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者楊海波, 楊艷艷, 林營, 朱建鋒, 王芬 申請人:陜西科技大學