专利名称：：一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法
技术领域：
：本发明属于无机非金属材料领域，尤其涉及一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法。
背景技术：
：多铁性材料是指同时具有铁电、铁磁等多种有序共存的材料，它不但具备单一铁性(如铁电性、铁磁性，铁弹性)性质，而且通过多铁性的耦合作用，具有一些新的物理效应，大大拓宽了铁性材料的应用范围[1-3]。零膨胀材料具有很高的研究与实际应用价值，随着温度的变化这类材料的体积不发生变化或者变化很微弱。零膨胀材料由于体积受温度影响小，具有显著的耐热冲击性能，使得这类材料从日用品到航空航天领域都具有广阔的应用前景[4-6]。目前，在多种领域中多铁性材料已成为研究热点。但是已知的大多数多铁材料往往很难兼具良好的热稳定性和机械性能，使得其应用受到局限。本发明中，通过固相法向钛酸铅基铁电材料中添加磁性元素附，获得了同时具备铁电、铁磁、良好机械性能的零膨胀材料(l-X)PbTi03-XBi(Ni1/2Ti1/2)03，具有非常高的开发应用价值。
发明内容本发明目的在于提供一种制备工艺简单，设备要求较低；具有多铁性，热稳定性和机械稳定性良好，不易在使用加载中失效的具备多铁性高机械性能的零膨胀特性的材料。本发明一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法，该方法具体如下，以分析纯的Pb0、Bi203、Ni0和Ti02为原料，采用固相法合成(1-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03，0.0彡x彡0.6；按照目标x值计算并称取PbO、Bi203、NiO和Ti02，称量后的样品在乙醇溶液中球磨24小时使其充分混勻，球磨后得到的粉末干燥后，在800°C900°C保温35小时，降温冷却后压制成片；在1100°C1200°C保温312小时，冷却后即可得到具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料(l-X)PbTi03-XBi(Ni1/2Ti1/2)03。本发明的有益效果是由于采用上述技术方案本发明合成的卩^103-81(附1/2111/2)03在25-5251的温度范围具有零膨胀特性，铁电、铁磁性以及高机械性能，该材料具有多铁性，热稳定性和机械稳定性良好，不易在使用加载中失效。且本发明所采用的制备工艺简单，设备要求较低。图1(1-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03(x=0.1、0.2、0.3)的电滞回线。图2(l-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03(x=00.4)的磁滞回线。图3(l-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03(x=0.1,0.2,0.3)的表观线膨胀。具体实施例方式实施例一利用本发明合成0.9PbTi03-0.IBi(Ni1/2Ti1/2)03。分别称取7.0308克Pb0、0.8154克Bi203、0.1307克NiO和2.6553克Ti02粉末原料在乙醇溶液中球磨24小时使其混勻，烘干干燥后的粉末在800°C保温3小时，降温冷却后压制成片，在于1100°C保温3小时，冷却后研碎即可得到0.9PbTi03-0.IBi(Ni1/2Ti1/2)03。实施例二利用本发明合成0.8PbTi03-0.2Bi(Ni1/2Ti1/2)03。分别称取6.2496克Pb0、l.6308克Bi203、0.2614克NiO和2.5155克Ti02粉末原料在乙醇溶液中球磨24小时使其混勻，烘干干燥后的粉末在850°C保温4小时，降温冷却后压制成条状，放置于瓷舟中于1150°C保温8小时，冷却后得到产品即为条状零膨胀材料0.8PbTi03-0.2Bi(Ni1/2Ti1/2)03O实施例三利用本发明合成0.4PbTi03-0.6Bi(Ni1/2Ti1/2)03o称取3.1248克Pb0、4.8926克Bi203、0.7843克NiO和1.9565克Ti02粉末原料在乙醇溶液中球磨24小时使其混勻，烘干干燥后的粉末在900°C保温5小时，降温冷却后压制成片，在于1200°C保温12小时，冷却后研碎即可得到0.4PbTi03-0.6Bi(Ni1/2Ti1/2)03粉体。本发明制备得到的(l-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03(x=0.1、0.2、0.3)粉体经二次烧结得到的陶瓷片体的电滞回线图如图1所示，由相应的粉末样品测得的磁滞回线见图2所示。图1表明该化合物具有良好的铁电性能，图2表明该化合物具有铁磁性。如图3所示，表明该材料具有良好的宏观热膨胀性能，当x=0.2时样品在25-525°C温度范围内，表观线膨胀系数IT=0.38X10_7°C，表现出零膨胀特性。插图为样品的线膨胀热循环曲线，表明样品具备良好的热稳定性。由条状样品测得的机械性能数据如下表所示表1(l-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03样品的机械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>「00221<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>(l-x)PbTi03-xBi(Ni1/2Ti1/2)03材料表现出高的硬度和断裂韧性，良好的机械性能将会扩展其应用领域，延长其使用寿命。参考文献[l]FilippettiA,HillN.A,Coexistenceofmagnetismandferroelectricityinperovskites,Phys.Rev.B2002,65:195120.[2]Eerensteinff,MathurN.D,ScottJ.F,Multiferroicandmagnetoelectricmaterials,Natute2006，442:759_765.[3]ChengJ.R,YuSff,ChenJ.G,etal.DielectricandmagneticenhancementsinBiFe03-PbTi03solidsolutionswithLadoping,Appl.Phys.Lett.2006.89:122911.[4]LommensP,MeyerCD,BruneelE,etal.SynthesisandthermalexpansionofZr02/ZrW208composites，J.Eur.Ceram.Soc.2005，25:3605.[5]SalvadorJR，GuoF，HoganT,etal.ZerothermalexpansioninYbGaGeduetoanelectricvalencetransition，Nature2003，425:702704.[6]ChenJ，XingX.R.SunC，etal.ZerothermalexpansioninPbTi03_basedperovskites，J.Am.Chem.Soc.2008，130:1144_1145.权利要求一种具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法，其特征在于，该材料以分析纯的PbO、Bi2O3、NiO和TiO2为原料，采用固相法合成(1-x)PbTiO3-xBi(Ni1/2Ti1/2)O3，0.0≤x≤0.6，按照目标x值计算并称取PbO、Bi2O3、NiO和TiO2，称量后的样品在乙醇溶液中球磨24小时使其充分混匀，烘干干燥后的粉末在800℃～900℃的范围内保温3～5小时，降温冷却后压制成片，然后再于1100℃～1200℃范围内保温3～12小时，冷却后即可得到具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料(1-x)PbTiO3-xBi(Ni1/2Ti1/2)O3。2.根据权利要求1所述的具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法，其特征在于，分别称取7.0308克Pb0、0.8154克Bi203、0.1307克NiO和2.6553克Ti02粉末原料使其混勻，烘干干燥后的粉末在800°C保温3小时，降温冷却后压制成片，在于110(TC保温3小时，冷却后研碎即可得到0.9PbTi03-0.IBi(Ni1/2Ti1/2)03。3.根据权利要求1所述的具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法，其特征在于，分别称取6.2496克PbO、1.6308克Bi203、0.2614克NiO和2.5155克Ti02粉末原料使其混勻，烘干干燥后的粉末在850°C保温4小时，降温冷却后压制成条状，放置于瓷舟中于1150°C保温8小时，冷却后得到产品即为条状零膨胀材料0.8PbTi03-0.2Bi(Ni1/2Ti1/2)03。4.根据权利要求1所述的具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料的制备方法，其特征在于，分别称取3.1248克PbO,4.8926克Bi203、0.7843克NiO和1.9565克Ti02粉末原料使其混勻，烘干干燥后的粉末在900°C保温5小时，降温冷却后压制成片，在于1200°C保温12小时，冷却后研碎即可得到0.4PbTi03-0.6Bi(Ni1/2Ti1/2)03粉体。全文摘要本发明以分析纯的PbO、Bi2O3、NiO和TiO2为原料，采用固相法合成(1-x)PbTiO3-xBi(Ni1/2Ti1/2)O3，0.0≤x≤0.6，按照目标x值计算并称取PbO、Bi2O3、NiO和TiO2，称量后的样品在乙醇溶液中球磨24小时使其充分混匀，烘干干燥后的粉末在800～900℃保温3～5小时，降温冷却后压制成片，然后在于1100～1200℃保温3～12小时，冷却后即可得到具有多铁性、高机械性能的零膨胀材料(1-x)PbTiO3-xBi(Ni1/2Ti1/2)O3。该材料在25-525℃的温度范围具有零膨胀特性，铁电、铁磁性以及高机械性能，且制备工艺简单，设备要求较低。文档编号C04B35/622GK101798225SQ20101012637公开日2010年8月11日申请日期2010年3月15日优先权日2010年3月15日发明者康华峻,胡澎浩,邓金侠,邢献然,陈骏申请人:北京科技大学