纳米铁酸铋陶瓷的放电等离子体烧结制备及性能研究

摘要

铁酸铋（BiFeO3）是为数不多的在室温下同时具有铁电性和铁磁性的多铁性材料，铁电性和铁磁性相互耦合还能产生独特的磁电耦合效应，使得BiFeO3在信息存储，自旋电子器件等方面有广阔的前景。BiFeO3陶瓷通常由传统固相法制备，工艺过程复杂，材料的质量不稳定。本文采用高能球磨对先驱体进行球磨混料，采用放电等离子体烧结（SPS）技术烧结BiFeO3陶瓷，并通过Bi的补偿来提高样品质量。
　　研究了球磨时间对先驱体粒径大小的影响，有效的球磨既能保证颗粒足够小还能防止颗粒团聚，经过对球磨后颗粒的XRD分析和SEM观察确定球磨时间为40 h；研究了SPS烧结温度，保温时间和热处理温度对材料性能的影响，通过XRD分析和密度测试结果确定了最优的SPS参数和热处理参数。
　　将 SPS制备的BiFeO3样品与传统固相法制备的BiFeO3样品进行性能比较，结果发现，SPS样品的晶粒更小，接近纳米等级，且 SPS样品的介电常数值比传统固相法样品的要高两个数量级，而介电损耗更小；通过测量样品的电滞回线发现，SPS样品的饱和极化强度和剩余极化强度较传统烧结样品的大一倍，而矫顽电场强度却小一半；此外，SPS样品的磁性行为更接近反铁磁行，而传统烧结样品表现出铁磁性，且SPS样品的饱和磁化强度和剩余磁化强度更大，矫顽力更小。
　　由于无法避免Bi的挥发，采用Bi补偿法来提高样品质量，Bi补偿的质量分数依次为1％，2%和3%。将补偿Bi的样品与未补偿Bi的样品进行性能比较，结果发现，先驱体发生化学反应的温度未随着Bi的补偿而发生漂移，经过补偿后样品的纯度变化不大，依然能得到纯相样品，但是密度随着补偿量的增加而增大， SEM观察发现晶粒尺寸变化不大；样品的介电性能表现出相同的变化趋势；随着Bi补偿量的增加，样品饱和极化强度和剩余极化强度增强，矫顽场强度减小；磁学性质变化较大，饱和磁化强度和剩余磁化强度增强，当 Bi补偿量达到3%时，样品的磁性行为表现为反铁磁性。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 钙钛矿材料概述

1.3 铁酸铋材料的概述

1.4 主要研究内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验材料与设备

2.2 高能球磨法

2.3 放电等离子体烧结技术

2.4 实验流程

2.5 表征和性能检测方法

第3章 SPS制备BiFeO3材料

3.1 引言

3.2 传统固相反应法制备BiFeO3陶瓷

3.3 SPS制备BiFeO3材料

3.4 性能测试

3.5本章小结

第4章 Bi补偿对样品性能的影响

4.1引言

4.2 样品的制备

4. 3性能测试

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢