高溫型無(wú)鉛層狀磁電復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，鐵電介電以及磁性材料在內(nèi)的元器件的微型化和小型化是必然趨勢(shì)，而磁電材料集合鐵電性和鐵磁性于一體，使它在占有相同的體積的情況下卻可以在電路上擁有更多的功能。磁電材料能夠?qū)崿F(xiàn)電性能和磁性能之間的相互轉(zhuǎn)化，能夠做傳感器、換能器、濾波器、振蕩器、相位器等。磁電材料主要由單相磁電材料和復(fù)合磁電材料構(gòu)成。由于單相的磁電材料的磁電性能比較差，所以現(xiàn)在主要研究磁電復(fù)合材料。磁電復(fù)合材料又主要分為0-3型的顆粒的磁電復(fù)合材料和2-

2、2型的層狀的磁電復(fù)合材料。2-2型的層狀磁電復(fù)合材料以其制備簡(jiǎn)單、磁電耦合系數(shù)高等有優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。同時(shí)，又由于現(xiàn)階段的磁電復(fù)合材料多以含鉛的鋯鈦酸鉛等作為壓電相，所以本文以環(huán)境友好型為目的，制備了高溫型的無(wú)鉛的層狀磁電復(fù)合材料。
　　本文主要制備了鐵酸鉍基、鈦酸鋇基和鈦酸鉍鈉基的磁電復(fù)合材料，利用對(duì)比試驗(yàn)的方法將2-2型復(fù)合材料樣品的性能與0-3型復(fù)合材料樣品的電性能和磁性能進(jìn)行對(duì)比研究，在同時(shí)變換性質(zhì)差異較大的鐵電相鐵磁

3、相，最終得出規(guī)律性的的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先，本文在單相磁電材料BiFeO3的基礎(chǔ)上將其與少量BaTiO3固溶在一起，制備出了不含雜相的BiFeO3-BaTiO3(BFO-BT)固溶體，提升了材料的電學(xué)性能，再將它與其他的鐵氧體材料CoFe2O4(CFO)和BiY2Fe5O12(BYIG)復(fù)合在一起成功制備出2-2型的BFO-BT/CFO和BFO-BT/BYIG層狀的磁電復(fù)合材料。再通過(guò)改變鐵磁相的含量來(lái)調(diào)控兩相的相對(duì)含量，用以研究隨鐵磁相含量

4、的變化材料性能的變化。研究表明，在復(fù)合材料中，本文中所有的鐵電相和鐵磁相都可以很好的共存，在高溫下并不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及明顯的元素?cái)U(kuò)散，都可以很好的保持各自的物理特性。在電性能的測(cè)試中，CFO表現(xiàn)出了比BYIG大很多的漏電流，因此將他們分別與鐵電相制備成復(fù)合材料后，BYIG基的復(fù)合材料表現(xiàn)出了比CFO基的復(fù)合材料更小的漏電流，更大的阻抗，以及更優(yōu)異的電滯回線。但是由于鈷鐵氧體CFO的磁致伸縮系數(shù)很大，所以CFO基復(fù)合材料具有更大的磁電耦

5、合系數(shù)。例如在BFO-BT與CFO復(fù)合的材料中，同時(shí)將制備而成的2-2型的復(fù)合材料與0-3型的復(fù)合材料進(jìn)性對(duì)比可以得出，2-2型的復(fù)合材料的介電損耗tanδ(0～1.3)比相同CFO含量下0-3型的復(fù)合材料的介電損耗tanδ(0～3.5)小，2-2型的復(fù)合材料的阻抗(1.8×107Ω～1.2×109Ω)要比相同CFO含量下的0-3型的復(fù)合材料的阻抗(0.5×107Ω～4.4×108Ω)大，2-2型的復(fù)合材料的漏電流密度(0～300μA/

6、cm2)要比相同CFO含量下的0-3型的復(fù)合材料的漏電流密度(0～900μA/cm2)小，并且2-2型的復(fù)合材料的電滯回線要比相同CFO含量下的0-3型復(fù)合材料的電滯回線更標(biāo)準(zhǔn)，2-2型的復(fù)合材料的磁電耦合系數(shù)(0～27mV/cmOe)要比相同組分下的0-3的型復(fù)合材料的磁電耦合系數(shù)(0～8.6mV/cmOe)更大。在其他基體復(fù)合材料中都具有類似的性質(zhì)。
　　其次，本文中將燒結(jié)助劑LiCO3添加到BaTiO3中用以提升BaTiO3

7、(BTO)陶瓷的致密度以及降低它的燒結(jié)溫度，用以實(shí)現(xiàn)和CoFe2O4以及BiY2Fe5O12共燒在一起。利用這種方法制備出了2-2型的層狀的磁電復(fù)合材料BTO/CFO和BTO/BYIG。在這里復(fù)合材料表現(xiàn)出了與BFO-BT/CFO和BFO-BT/BYIG復(fù)合材料相似的性能特點(diǎn)，同時(shí)也表現(xiàn)出了其優(yōu)越性。BTO/CFO和BTO/BYIG復(fù)合材料明顯提高了材料的壓電性能，將其壓電系數(shù)d33提升到10pC/N～170pC/N，更在BTO/CFO