多鐵性BiFeO3-Bi1-xNdxFeO3復(fù)合陶瓷制備及鐵電性能研究.pdf

1、鐵酸鉍(BiFeO3)同時(shí)具有鐵電性與微弱的鐵磁性，是目前唯一的室溫單相多鐵材料。其鐵電居里溫度高達(dá)830℃，反鐵磁尼爾溫度為370℃，單晶自發(fā)極化值超過90μC?cm-2，具有非常大的基于磁電耦合效應(yīng)的應(yīng)用潛力，是當(dāng)前多鐵材料研究的熱點(diǎn)。但其G-型反鐵磁結(jié)構(gòu)決定了其磁性非常微弱，不利于實(shí)際應(yīng)用。本研究通過稀土摻雜改變其晶體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建復(fù)合陶瓷兩相相界，成功的對(duì)單相鐵酸鉍的多鐵行為進(jìn)行了調(diào)控，并研究了不同相含量及燒結(jié)工藝對(duì)其鐵電鐵磁性能的

2、影響規(guī)律。
　　首先采用均相共沉淀法合成了BiFeO3及Bi1-xNdxFeO3(x=0，0.1，0.15，0.2)粉體，然后采用無壓燒結(jié)的方法制備BiFeO3-Bi1-xNdxFeO3復(fù)合陶瓷。研究了保護(hù)氣氛、燒結(jié)溫度及保溫時(shí)間對(duì)復(fù)合陶瓷中致密度、相含量及相組成的影響。通過對(duì)復(fù)合陶瓷塊體鐵電、鐵磁及介電性能的測試，分析了相含量的差異、燒結(jié)工藝對(duì)陶瓷性能的影響規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明：低溫長時(shí)間燒結(jié)與高溫短時(shí)間燒結(jié)都無法使復(fù)

3、合陶瓷完全致密化；高溫長時(shí)間燒結(jié)(800℃保溫2h)是 BiFeO3-Bi1-xNdxFeO3復(fù)合陶瓷結(jié)晶與達(dá)到較高致密化的最佳溫度，致密度高達(dá)93％；溫度過高會(huì)使陶瓷出現(xiàn)過燒、組織粗化與致密度下降等現(xiàn)象。
　　XRD分析結(jié)果表明，復(fù)合陶瓷主要由菱方相(R相)的BiFeO3和四方相(T相)的Bi1-xNdxFeO3組成。相含量計(jì)算表明 R相和T相相含量均介于45%~55%符合兩相互轉(zhuǎn)變區(qū)間?？刂茻Y(jié)氣氛與稀土元素 Nd的摻雜含量能

4、夠抑制BiFeO3的分解，減少雜相生成，提高了陶瓷致密度。
　　采用掃描電子顯微鏡(SEM)與透射電子顯微鏡(TEM)觀測表明，在800℃氧氣保溫2h下制備的陶瓷塊體兩相具有典型的R相和T相形貌，R相為規(guī)則的四方結(jié)構(gòu)，T相為橢球形。在此燒結(jié)工藝下，復(fù)合陶瓷鐵電性較高，當(dāng)x=0.15時(shí)，剩余極化強(qiáng)度Pr=0.38μC/cm-2，矯頑場為Ec=6kv/cm。介電常數(shù)最高為25，介電損耗較小為0.25。隨著稀土元素 Nd摻雜量的增多，介