Bi5Ti3FeO15及Ni、Cr摻雜的陶瓷制備及鐵磁性能.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展進(jìn)步，對(duì)多功能器件的要求越來(lái)越迫切，同時(shí)具備鐵電性和鐵磁性的多鐵性材料逐漸成為科研工作者重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。多鐵材料中的磁電耦合效應(yīng)，在信息儲(chǔ)存、計(jì)算等方面還可能實(shí)現(xiàn)超高速讀寫。此外，在基礎(chǔ)理論物理方面，多鐵性材料的研究跨越凝聚態(tài)物理與材料科學(xué)兩個(gè)學(xué)科，提出了很多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，具有重要的科學(xué)意義。
　　在已知的各種多鐵材料中，層狀鈣鈦礦Bi5Ti3FeO15材料因?yàn)榫哂泻芏鄡?yōu)越的性能，如抗疲勞性、居里溫度高、漏電流小，

2、穩(wěn)定性好等，得到廣泛的關(guān)注。但此材料室溫條件下的鐵磁性非常弱，嚴(yán)重阻礙了Bi5Ti3FeO15材料作為多鐵材料的應(yīng)用前景。
　　針對(duì)Bi5Ti3FeO15材料的鐵磁性能，已有報(bào)道多種不同磁性離子的B位摻雜實(shí)驗(yàn)，但實(shí)際取得的效果并不理想。因此，在本實(shí)驗(yàn)中，使用固相反應(yīng)法制備了Bi5Ti3FeO15陶瓷材料，并在其B位進(jìn)行了Ni、Cr摻雜。主要內(nèi)容包括如下3個(gè)方面：
　　1、使用固相反應(yīng)的快速淬火法，分別在燒結(jié)溫度為700℃、8

3、00℃和900℃制備了未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品，Bi5Ti3Fe1-xCrxO15（x=0.1,0.2,0.5,0.7）陶瓷樣品，以及Bi5Ti3Fe1-xNixO15（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.7）陶瓷樣品。通過(guò)快速淬火法制備陶瓷樣品，能夠有效抑制樣品中Bi元素的揮發(fā)，減少樣品中的結(jié)構(gòu)缺陷和氧空位，同時(shí)對(duì)樣品的室溫鐵磁性表現(xiàn)也有一定的改善作用。
　　2、對(duì)Bi5Ti3FeO15，Bi5Ti3F

4、e1-xCrxO15（x=0.1,0.2,0.5,0.7），以及Bi5Ti3Fe1-xNixO15（x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.7）陶瓷樣品進(jìn)行了形貌結(jié)構(gòu)測(cè)試，包括XRD衍射測(cè)試及SEM測(cè)試。
　　測(cè)試結(jié)果表明，未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品在750℃~800℃之間為適合的燒結(jié)溫度，形成了四層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。Cr離子的摻雜對(duì) Bi5Ti3FeO15陶瓷樣品的燒結(jié)溫度和晶粒結(jié)構(gòu)均沒(méi)有產(chǎn)生較大的影響。而 Ni離

5、子的摻雜，則對(duì)Bi5Ti3FeO15陶瓷的燒結(jié)溫度產(chǎn)生較大影響。隨著 Ni摻雜含量的增加，樣品的燒結(jié)溫度逐漸提高，并在x≥0.5時(shí)只有900℃燒結(jié)的樣品才能獲得四層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。同時(shí)，900℃燒結(jié)樣品的 SEM測(cè)試顯示，隨著 Ni摻雜含量的增加，樣品的晶粒尺寸逐漸減小。
　　3、測(cè)試了未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷、Bi5Ti3Fe1-xCrxO15（x=0.1~0.7）陶瓷、Bi5Ti3Fe1-xNixO15（x=0.1~0.

6、7）陶瓷樣品的室溫磁性，并分析樣品的剩余磁化強(qiáng)度2Mr及矯頑場(chǎng)2Hc。
　　測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)未摻雜的Bi5Ti3FeO15陶瓷，快速淬火法燒結(jié)的樣品的剩余磁化強(qiáng)度與文獻(xiàn)中分步燒結(jié)法的樣品一樣，但矯頑場(chǎng)2Hc得到一定的提升。Cr摻雜的樣品中，雖然900℃燒結(jié)的樣品幾乎是順磁性特征，但750℃燒結(jié)的樣品有明顯的磁滯回線，且最大的剩余磁化強(qiáng)度2Mr~7.56*10-3 emμ/g，矯頑場(chǎng)2Hc~4034 Oe。這一點(diǎn)與已有的Cr摻雜Bi