一種寬介電溫度穩(wěn)定性的磁介復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬介電溫度穩(wěn)定性的磁介復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]YFeO3是一種多鐵性材料，室溫下具有鐵電性和反鐵電性，其奈爾溫度為367° C。由于電子技術(shù)的高速發(fā)展，對材料性能的要求也越來越高，而單相材料很難滿足性能的綜合及高指標(biāo)的要求，電子元件的小型化/微型化及多功能化使得集介電與磁性等性能于一體的多功能材料吸引了越來越多的關(guān)注。這些復(fù)合材料同時(shí)具有電容和電感特性，可以用于制備小型濾波器、天線和EMI抑制器等。
[0003]目前，國內(nèi)外對磁介復(fù)合材料已經(jīng)展開了一些研宄工作。目前報(bào)道的Ba0.8SrQ.2Ti03/YFe03磁介復(fù)合陶瓷體系[Ceramics Internat1nal, 2013, 39:7235-7239]，利用固相法將鐵電相和鐵磁相進(jìn)行復(fù)合得到Ba。.8SrQ.2Ti03/YFe03.介復(fù)合陶瓷。同時(shí)，在已公開的磁介復(fù)合材料的中國專利中(公開號102211927A ;102898132A ;102633501A)也利用固相法將介電和磁性材料進(jìn)行復(fù)合得到具有較高介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的復(fù)合材料。
[0004]現(xiàn)有的磁介復(fù)合材料制備存在以下不足:
1.關(guān)于磁介復(fù)合陶瓷的制備均采用固相法將鐵磁相和鐵電相復(fù)合，所得陶瓷材料的晶粒尺寸較大(>1 yrn)，致密性差，形貌不可控，進(jìn)而會(huì)對材料的性能產(chǎn)生影響；
2.關(guān)于磁介復(fù)合粉體的制備方法較多，如沉淀法，溶膠-凝膠法等，但是這些研宄僅僅局限于對粉體形貌和性能的研宄，且粉體粒徑的均一性和單分散性較差，故未實(shí)現(xiàn)粉體形貌的可控制備。
[0005]因此，如何通過控制陶瓷粉體材料的組成、結(jié)構(gòu)從而獲得細(xì)晶、粒度均勻的磁介復(fù)合材料以改善該類材料的高介電性能和寬介電溫度穩(wěn)定性，以及優(yōu)異的鐵磁性能的要求是本發(fā)明所要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種具有“芯-殼”結(jié)構(gòu)且包覆良好符合EIA X8R標(biāo)準(zhǔn)的寬介電溫度穩(wěn)定性的磁介復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)過程如下:
一種寬介電溫度穩(wěn)定性的磁介復(fù)合陶瓷材料的“芯”部材料為BaT13, “殼”部材料為YFeO3，記作 BaT13OYFeO3，其化學(xué)組成表達(dá)式為 BaT13 + x YFeO3，其中，x=2 ?8mol%。
[0008]上述磁介復(fù)合陶瓷材料的制備方法為:首先用常壓水相法制備單分散球形的亞微米BaT13粉體，然后用沉淀法制備具有“芯-殼”結(jié)構(gòu)的基復(fù)合粉體，最后燒結(jié)制備出能滿足X8R特性的復(fù)合陶瓷材料。
[0009]上述制備方法具體包括如下步驟:
(I)在20~30° C下，按化學(xué)計(jì)量比1:1將TiCl4溶液和Ba (CH 3C00) 2溶液加至6~8mol/L的NaOH溶液中；
(2)將上述體系升溫至60~90°C，反應(yīng)液經(jīng)陳化后用蒸餾水洗滌沉淀至中性，干燥得到BaT13前軀體；
(3)BaT1^軀體在700~900° C煅燒得到單分散球形的亞微米級BaT1 3粉體；
(4)將亞微米級BaT13粉體加蒸餾水超聲分散，用氨水調(diào)節(jié)體系pH至9~14;
(5)將化學(xué)計(jì)量比為1:1的Y3+和Fe3+溶液加至步驟(4)制得的分散液中，經(jīng)陳化、洗滌沉淀后干燥；
(6)將步驟(5)制得的干燥粉體在600~800°C經(jīng)煅燒得到磚紅色BaT13OYFeO3復(fù)合粉體；
(7)8&1103(^?603復(fù)合粉體經(jīng)造粒、成型后，1200-1240° C煅燒得到磁介復(fù)合陶瓷材料。
[0010]上述步驟(I)中，TiCl4溶液和Ba(CH 3C00)2溶液的滴加速度為1~3滴/3s。
[0011]步驟(2)中，反應(yīng)液陳化12~24h。
[0012]步驟(5)中，反應(yīng)液陳化12~24h。
[0013]步驟(7)中，1200°C~1240° C 煅燒保溫 2~4h。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明得到了球形單分散的亞微米級BaT13粉體，以及具有“芯-殼”結(jié)構(gòu)且包覆良好的BaT13OYFeO3陶瓷粉體材料；
(2)制備的細(xì)晶陶瓷便于實(shí)現(xiàn)電子元器件的小型化發(fā)展趨勢；
(3)本發(fā)明得到的磁介復(fù)合陶瓷材料不含鉛，環(huán)境友好，符合EIAX8R標(biāo)準(zhǔn)，具有磁介性質(zhì)，且陶瓷粒徑較好的控制在200~300nm范圍，可以作為寬介電溫度穩(wěn)定性的磁介復(fù)合材料使用。
【附圖說明】
[0015]圖1為BaT13OYFeO3復(fù)合陶瓷的相組成圖；
圖2為單分散球形的BaT13亞微米粉體的SEM圖(a)及BaT1 3@￥?603復(fù)合粉體(YFeO 3的包覆量為6mol%)的TEM圖(b);
圖3為8&1103(^?603復(fù)合陶瓷的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系圖(a)及其容溫變化率圖(b);圖4為BaT13OYFeO3復(fù)合陶瓷的磁滯回線(a)及飽和磁化強(qiáng)度和剩余磁化強(qiáng)度隨著組分的變化情況；
圖5為8&1103(^?603復(fù)合陶瓷(x=6mol%)的表面SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例1
一種介電溫度穩(wěn)定性符合X8R標(biāo)準(zhǔn)的磁介復(fù)合陶瓷材料，由基質(zhì)組分和摻雜組分組成，基質(zhì)組分的化學(xué)式為BaT13，摻雜組分的化學(xué)分子式為YFeO3，所述寬介電溫度穩(wěn)定性磁介復(fù)合陶瓷材料的化學(xué)表達(dá)式為BaT13 + XYFeO3，其中x=2mol%。
[0018]上述寬介電溫度穩(wěn)定型磁介復(fù)合陶瓷材料的制備方法包括以下步驟:
(1)在20°C的水浴中，將4.7mL濃度為2.219mol/L的TiCl4溶液和50mL濃度為0.2mol/L的Ba (CH3COO) 2溶液分別加入到濃度為6mol/L的NaOH溶液中，在滴加過程中，控制滴加速度約為2滴/3s ;將上述體系升溫至70° C反應(yīng)4h，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)液陳化12h，抽濾，將沉淀用蒸餾水洗滌多次至中性，置于80° C烘箱中烘干；沉淀物在700° C煅燒3h得到白色的球形單分散的亞微米級BaT13粉體(平均粒徑尺寸大約為240nm)，備用；
(2)以BaT13為基準(zhǔn)，YFeO3的包覆量為2mol%。稱取1.0g步驟(I)中得到的BaT13粉體，加入10mL蒸餾水超聲分散20min。用氨水將體系pH調(diào)節(jié)至13左右，分別量取濃度為 0.0214mol/L 的 Y (NO3) 3溶液 3.93mL，以及濃度為 0.0193mol/L 的 Fe (NO 3) 3溶液 4.36mL，將其攪拌均勻。在攪拌作用下將其緩慢滴加入體系，滴加完畢后，攪拌I h。陳化12 h后抽濾，用蒸餾水洗滌多次，將沉淀物置于70° C烘箱中烘干，然后沉淀物在600° C煅燒3h，得到具有“芯-殼”結(jié)構(gòu)的￥?603包覆BaT1 3復(fù)合陶瓷粉體材料，備用；
(3)將步驟(2)得到的復(fù)合陶瓷粉體壓片成型后，在1240°C保溫2h燒結(jié)得到寬介電溫度穩(wěn)定性的磁介復(fù)合陶瓷材料。
[0019]實(shí)施例1得到的陶瓷材料樣品，對其進(jìn)行相組成分析(見圖1);測試其介電性能，得到其介電常數(shù)隨溫度變化圖(見圖3a)和其容溫變化率(以25。C為基準(zhǔn))隨溫度的變化圖(見圖3b);對其磁滯回線、飽和磁化強(qiáng)度及剩余磁化強(qiáng)度進(jìn)行了測試(見圖4)。
[0020]這些測試結(jié)果說明本實(shí)施例得到的磁介復(fù)合陶瓷材料，具有優(yōu)良的介電溫度穩(wěn)定性，在-55~150° C的溫度范圍內(nèi)容溫變化率不超出15%的范圍，符合X8R型陶瓷材料的要求，且室溫介電常數(shù)為1625，介電損耗約為1.3% ;本實(shí)施例得到的磁介復(fù)合材料的剩余磁化強(qiáng)度為0.65emu/g，飽和磁化強(qiáng)度為1.23 emu/g。
[0021]實(shí)施例2
一種溫度穩(wěn)定性符合X8R型標(biāo)準(zhǔn)的磁介復(fù)合陶瓷材料，由基質(zhì)組分和摻雜組分組成，基質(zhì)組分的化學(xué)式為BaT13，摻雜組分的化學(xué)分子式為YFeO3，所述溫度穩(wěn)定型磁介復(fù)合陶瓷材料的化學(xué)表達(dá)式為BaT13 + XYFeO3，其中x=4mol%。
[0022]上述溫度穩(wěn)定型磁介復(fù)合陶瓷材料的制備方法包括以下步驟:
(1)在20°C的水浴中，將4.7mL濃度為2.219mol/L的TiCl4溶液和50mL濃度為0.2mol/L的Ba (CH3COO) 2溶液依次加入到濃度為6mol/L的NaOH溶液中，在滴加過程中，控制滴加速度約為2滴/3s ;將上述體系升溫至80° C反應(yīng)3h，待反應(yīng)完全后，將反應(yīng)液陳化12h，抽濾，將沉淀用蒸餾水洗滌多次至中性，置于80° C烘箱中烘干；沉淀物在800° C煅燒2h得到白色的球形單分散的亞微米級BaT13粉體(平均粒徑尺寸大約為240nm)；
(2)以BaT13為基準(zhǔn)，YFeO3的包覆量為4mol%。稱取1.0g步驟(I)中得到的BaT13粉體，加入300mL蒸餾水超聲分散20min。用氨水將體系pH調(diào)節(jié)至10左右，分別量取濃度為 0.0214mol/L 的 Y (NO3) 3溶液 7.86mL，以及濃度為 0.0193mol/L 的 Fe (NO 3) 3溶液 8.72mL，將其攪拌均勻。在攪拌作用下將其緩慢滴加入體系，滴加完畢后，攪拌2 ho陳化24 h后抽濾，用蒸餾水洗滌多次，