一种具备室温多铁性的钬、锰共掺铁酸铋陶瓷及其制备方法技术

一种具备室温多铁性的钬、锰共掺铁酸铋陶瓷及其制备方法，属于电子陶瓷技术领域。该多铁陶瓷的分子式为Bi1-xHoxFe1-yMnyO3，0＜x≤0.2，0＜y≤0.5。将原料Ho2O3、Bi2O3、MnO2和Fe2O3，按照通式Bi1-xHoxFe1-yMnyO3的化学计量比称重、配料后，球磨混合，烘干后在890～950℃煅烧；煅烧粉末进行二次球磨，烘干后掺入PVA后压成型，排胶后在940～970℃下烧结成瓷。该陶瓷在室温下表现出优良的多铁性，即同时具备明显的铁电性与铁磁性，该陶瓷体系在室温下存在磁致相变，可作为新型多态存储器件及磁电耦合传感器等器件研究的优选材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于电子陶瓷
。该多铁陶瓷的分子式为Bi1-xHoxFe1-yMnyO3，0＜x≤0.2，0＜y≤0.5。将原料Ho2O3、Bi2O3、MnO2和Fe2O3，按照通式Bi1-xHoxFe1-yMnyO3的化学计量比称重、配料后，球磨混合，烘干后在890～950℃煅烧；煅烧粉末进行二次球磨，烘干后掺入PVA后压成型，排胶后在940～970℃下烧结成瓷。该陶瓷在室温下表现出优良的多铁性，即同时具备明显的铁电性与铁磁性，该陶瓷体系在室温下存在磁致相变，可作为新型多态存储器件及磁电耦合传感器等器件研究的优选材料。【专利说明】
本专利技术属于电子陶瓷材料
，涉及一种在室温下同时具备铁电、铁磁性及磁致相变(铁磁相向顺磁相的转变)的掺杂铁酸铋多铁性陶瓷材料及其制备工艺。
技术介绍
多铁性材料因其同时具有铁弹、铁电、铁磁等两种以上铁性，而往往表现出明显地磁电耦合效应，因而在新型信息存储器、自旋电子器件和磁传感器等领域具有非常广泛的应用前景。铁酸铋(BiFe03)是极少数的在室温下同时具有铁电、反铁磁性的材料，其反铁磁奈尔点为370°C，铁电居里温度为830°C，其存在的磁电耦合效应可广泛应用于多态存储器、磁电耦合传感器等新型微电子器件领域，因而受到研究者的广泛关注。然而，由于铁酸铋在制备过程中易出现杂相、氧空位和Fe2+的存在可导致大的漏电流，以及本征螺旋反铁磁结构导致的弱磁性，使其难以实现器件应用。目前，为解决这些难题，研究者多采用掺杂来提高铁酸铋陶瓷的铁电和铁磁性，以满足应用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是研究一种能有效提高铁酸铋的铁电、磁特性的掺杂陶瓷材料及制备方法，以克服铁酸铋纯相不易制备、高漏导、弱磁性等问题，同时增强其室温铁电、铁磁性。 本专利技术所述的具备室温铁磁、铁电及磁致相变的Ηο、Μη共掺铁酸铋多铁性陶瓷的化学分子式为 JihHo/euMn^，其中 0<x<0.2，0<y<0.5(优选 0.15 < y < 0.2)。一种能提高铁酸铋的铁电、铁磁性的掺杂陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤:(1)将原料设)203、8丨20^1102和Fe203，根据化学式Βυο/θ^Μη^，按化学计量进行原料的称重、配料；(2)将步骤(1)中配好的原料进行球磨混合，球磨介质为无水乙醇和玛瑙球，球磨时间 12h，转速 200 ~400r/min ；(3)将步骤(2)中的浆料烘干，然后将烘干获得的粉末在890~950°C煅烧2h ；(4)将步骤(3)获得的锻烧粉末再次球磨，烘干后加入聚乙烯醇(PVA)，过筛，利用压片机在100~150MPa压力下压片；(5)将步骤(4)获得的压片在560°C下排胶2h，最后在940~970°C下烧结成瓷。该多铁陶瓷能有效抑制杂相生成，减少样品的漏电流，在室温下具有优异的铁电特性及铁磁特性，在3kV/cm的电场下最大剩余极化值达到0.188 μ C/cm2,在±600000e磁场下最大剩余磁化值达到0.lOlemu/g，显著提高了多铁铁酸铋陶瓷在室温下的铁电及铁磁性能，且该陶瓷体系在室温下存在磁致相变，可作为新型多态存储器件及磁电耦合传感器等器件研究的优选材料。【专利附图】【附图说明】图1为实施例1制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷的X射线衍射(XRD)图谱；图2为实施例1制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷的电滞回线(P-E)；图3为实施例1制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在±400000e的磁场下的磁滞回线(M-H)；图4为实施例1制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在±15000e的磁场下的磁滞回线(M-H)；图5为实施例2制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷的X射线衍射(XRD)图谱；图6为实施例2制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷的电滞回线(P-E)；图7为实施例2制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在±400000e的磁场下的磁滞回线(M-H)；图8为实施例2制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在土 15000e的磁场下的磁滞回线(M-H)；图9为实施例3制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷的X射线衍射(XRD)图谱；图10为实施例3制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷的电滞回线(P-E)；图11为实施例3制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在±600000e的磁场下的磁滞回线(M-H)；图12为实施例3制备 的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在土 15000e的磁场下的磁滞回线(M-H)。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。本专利技术制备的钦、锰共掺铁酸铋陶瓷在室温下同时具有铁电、铁磁特性与磁致相变，在微电子器件、半导体器件领域具有广阔的应用前景。实施例1(1)将原料 Ho203、Bi203、Μη02 和 Fe203，以化学计量比给通式 Bi0、9Ho0。和0。95Mn0。Q503配料，以无水乙醇和玛瑙球为球磨介质，转速400r/min，球磨12h。在100°C下烘干后在890°C煅烧2h，掺入PVA后在lOOMPa的压力下压成直径11.5mm、厚度1mm的圆片，随后在560°C下排胶2h。最后在940°C下烧结成瓷。其陶瓷材料的XRD图谱(见图1)完全符合BiFe03PDF71-2494 衍射标准谱。(2)采用步骤(1)制成的锰、铬共掺铁酸铋陶瓷的剩余极化值达到0.075 μ C/cm2(见图2),剩余磁化强度达到0.017emu/g (见图3)。(3)对比在不同外加磁场大小下的磁滞回线，Bi0.9Ho0.1Fe0.95Mn0.0503陶瓷在15000e下已经达到饱和(见图4)，随着磁场的增大，可观察到明显的磁化曲线的拐点，这说明该材料在该磁场下存在磁致相变一铁磁相向顺磁相的转变(见图3 )。实施例2(1)将原料 Ho203、Bi203、Μη02 和 Fe203,以化学计量比给通式 Bi0。9Ho0。fe。。9Mn0。从配料，以无水乙醇和玛瑙球为球磨介质，转速400r/min，球磨12h。在100°C下烘干后在920°C煅烧2h，掺入PVA后在lOOMPa的压力下压成直径11.5mm、厚度1mm的圆片，随后在560°C下排胶2h。最后在940°C下烧结成瓷。其陶瓷材料的XRD图谱(见图5)完全符合BiFe03PDF71-2494 衍射标准谱。(2)采用步骤(1)制成的锰、锰共掺铁酸铋陶瓷的剩余极化值达到0.130 μ C/cm2(见图6),剩余磁化强度达到0.051emu/g (见图7)。(3 )对比在不同外加磁场大小下的磁滞回线，BiQ.9Ho0.1Fe0.9Mn0.A陶瓷在15000e下已经达到饱和(见图8)，随着磁场的增大，可观察到明显的磁化曲线的拐点，这说明该材料在该磁场下存在磁致相变一铁磁相向顺磁相的转变(见图7 )。实施例3(1)将原料设)203、8“03、厘1102和 Fe203，以化学计量比给通式 Bi。。9Ho0。fe。。85Μη0.1503配料，以无水乙醇和玛瑙球为球磨介质，转速400r/min，球磨12h。在100°C下烘干后在925°C煅烧2h，掺入PVA后在120MPa的压力下压成直径11.5mm、厚度1mm的圆片，随后在560°C下排胶2h。最后在950°C下烧结成瓷。其陶瓷材料的XRD图谱(见图9)完全符合BiFe03PDF71本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在室温下同时具有铁电、铁磁性与磁致相变的钬、锰共掺铁酸铋陶瓷材料，其特征在于，其成分为Bi1‑xHoxFe1‑yMnyO3，0＜x≤0.2，0＜y≤0.5。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张铭，仲麒，魏纪周，严辉，宋雪梅，王波，王如志，侯育冬，朱满康，汪浩，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11