CFO/PMN-PT复合陶瓷的制备与磁电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fz594825946
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理论上根据复合材料磁电耦合的乘积效应,以具有高磁致伸缩效应的CoFe2O4(CFO)为铁磁相,以MPB附近压电性优异的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)固溶体为铁电相制备的磁电复合材料应具有优异的磁电效应。实际由于铁磁相CFO的电阻率低,在PMN-PT基体中分布不均匀,在加高电压时会产生漏电流,限制了PMN-PT的极化,减弱了磁电效应。本文旨在探索并优化CFO/PMN-PT复合材料的制备及烧结工艺,以期提高复合陶瓷的电学性能和磁电效应。  本文对单相CFO和PMN-PT粉体和陶瓷的制备及烧结工艺进行了一系列的探索,发现CFO陶瓷的致密化温度在1250?C以上;PMN-PT陶瓷的最佳烧结温度为1150?C,致密度高达96.05%,在电场强度为50kV/cm时,剩余极化强度Pr=9.98μC/cm2,矫顽场Ec=20.5kV/cm;室温测得的相对介电常数为εr=1140,介电损耗tanδ=2.60%。  为了调控CFO/PMN-PT界面结合程度,提高磁电耦合性能,分别采用三种方式制备复合粉体:第一种是固相法即将两相颗粒混合制备复合粉体;第二种是将两相的干凝胶粉体混合合成复合粉体;第三种是将两相的溶胶混合制备复合粉体。探索烧结工艺得到的最佳的包埋方式是PbZrO3粉体包埋,烧结温度为1150?C时的复合陶瓷电学性能最好;组织结构观察表明将两相溶胶混合合成复合粉体制备的复合陶瓷中两相颗粒分布最为均匀,对比三种复合方式制备的复合陶瓷的磁电耦合性能可知,总体上第三种方法制备的复合陶瓷磁电耦合效应较强;第一种方法制备的复合陶瓷磁电效应较弱;其中CFO摩尔含量x=0.1时,磁电电压系数最大的是溶液法的陶瓷αE31=85.7μV/(cm·Oe);x=0.2时,固相前驱体混合法的复合陶瓷磁电电压系数最大αE31=138μV/(cm·Oe);x=0.3时,溶液法的陶瓷磁电电压系数最大αE31=253μV/(cm·Oe)。  此外,采用直接包覆法即将水热法制备的CFO粉体均匀分散到PMN-PT溶胶中,制备CFO@PMN-PT复合粉体和复合陶瓷。发现1100?C烧结的CFO@PMN-PT复合陶瓷致密度最高,电学性能虽然没有预期的好,电滞回线漏电严重,但是CFO@PMN-PT复合陶瓷的磁电耦合性能较强,x=0.5时αE31最大为491μV/(cm·Oe)。
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