非晶bto相致密包裹nzfo晶相高介高磁复相陶瓷及制备方法[0002]多铁材料是同时具有铁电性和某种磁有序性的多功能材料，多种铁性的共存和耦合使得它们可以实现许多新颖功能，这对于现代电子器件的发展有着重要意义。由于单相多铁材料数量非常稀少，人们尝试开发各种不同功能的复合材料以满足日益增长的器件小型化、多功能化需求，其中，渗流型铁电/铁磁复合材料能够同时表现铁电相的铁电性、巨大的介电常数和铁磁相的高磁导率，因而受到广泛关注。它作为一种同时具有巨介电常数和高磁导率的材料，能同时实现电容和电感两种功能，可用于实现许多电子器件如滤波器的集成化与小型化。[0003]通常情况下，铁电/铁磁复合材料是一种陶瓷材料，需要在较高温度下进行烧结，且需要在一定温度下进行较长时间保温，以促进两相晶粒的生长。由于两个不同相的结晶化速度不可能相同，就会导致生长过程中晶粒大小和界面不匹配、生长形貌无法控制等，从而容易在材料中产生很多孔洞和缺陷。一方面，这种缺陷不利于复合陶瓷结构的致密化，另一方面，这种晶界之间大量存在的缺陷实际上引入了大量的空间电荷。对于类似的多相复合电子陶瓷而言，正是由于这种空间电荷的存在，从而使得这种陶瓷材料由空间电荷贡献的介电损耗大幅增加，这也是这类材料在很多情况下无法实用的主要原因。要解决这个难题，通常可以有两个思路，一是抑制材料中本征电荷的产生，如减少缺陷的产生；二是降低电荷的输运能力，也即尽量阻断电荷的传输通道。考虑到玻璃相是一种高阻相，且玻璃相在熔融过程中有非常好的流动性，因而如果能设计在上述复相陶瓷中原位形成玻璃相并利用其流动性自发将裂纹、孔洞等容易带入电荷的缺陷进行很好地填充，既能减少电荷的产生，又可达到阻断电荷传输的目的，将大大有利于这种材料性能的提高并促进其更好地应用。[0004]进一步，已经知道BT0/NZF0复相陶瓷是一种渗流型陶瓷，特别在NZFO含量达到很高，如在90%以上时，可同时表现出巨介电常数和高磁导率。但正如上面所分析的，其介电损耗也很大。因而要想使这种复相陶瓷体系同时具有巨介电常数和高磁导率，同时还具有较低的介电损耗的话，可以通过减少缺陷电荷的产生以及阻断电荷的传输通道来获得高性能渗流型复相陶瓷。考虑到多相材料相界面处通常会受低共融的影响而相对容易出现液相，又由于0.1BT0/0.9NZF0复相陶瓷中BTO含量只占10%，也即体积分数比例很少，因而当控制烧结过程达到某一临界烧结条件时，就有望使其中的BTO相全部熔融并正好填充到剩下的NZFO晶粒的间隙中形成致密体系，并紧接着通过控制条件使这些熔融的BTO以非晶相的形式保留下来，到最后形成由非晶BTO均匀且完全包裹NZFO晶相的复相陶瓷。这种体系不但可以在晶粒间原位形成高阻玻璃相，同时还致密填充了易产生缺陷电荷的空洞，有望在保持巨介电常数和高磁导率同时出现的条件下大大降低这种复相陶瓷的介电损耗。
[0005]于针对复相多铁陶瓷界面缺陷和电荷引起复相材料介电损耗高的难题，本发明的目的在于提供一种非晶BTO相致密包裹NZFO晶相高介高磁复相陶瓷及制备方法，制备一种原位形成非晶相致密包裹晶相的两相复合陶瓷。这种陶瓷具有高致密度、高电磁性能和低的介电损耗。[0006]具体通过以下技术方案来实现: 一、一种非晶BTO相致密包裹NZFO晶相高介高磁复相陶瓷 该复相陶瓷的组成为(1-X)BaTiO3ZxNia5Zna5Fe2O4，0.7 < x < 0.9，以NZFO晶相为主相，BTO非晶相为原位形成且完全致密填充在NZFO晶粒间，实现对NZFO晶粒的均匀包裹和隔离，形成了一个由BTO非晶相均匀包裹NZFO晶粒的铁电/铁磁两相复合陶瓷。
[0007]所述复相陶瓷具有一种由原位形成的BTO非晶相致密包裹NZFO晶粒的显微结构，是一种高致密度的渗流型铁电/铁磁两相复合陶瓷。[0008]二、一种非晶BTO相致密包裹NZFO晶相高介高磁复相陶瓷的制备方法，该方法的步骤如下:
1)先用溶胶-凝胶法原位制备(1-x)BT0/ X NZFO复合前驱体，其中0.7≤X≤0.9，然后将前驱体置于马弗炉中于250°C~300°C保温广3小时，再升温至350°C ~450°C进一步保温I~3小时，再在马弗炉中650°C~950°C预烧结I~3小时，得到均匀复合的BT0/NZF0两相复合粉体；
2)将两相复合粉体加入5wt.%的PVA，采用单向加压法成型，然后在1250°C~1310°C进行致密化烧结，保温时间控制在12~24小时，随后以5~1(TC /min升温速度，升温f 10分钟，将烧结温度提高至1320°C~1350°C，之后保温5~10分钟，得到以体积含量10%~30%的BTO相为液态，以体积含量70%~90%的NZFO相为晶相组成的复相陶瓷，其中液相填满体系中的孔洞和NZFO相的晶粒之间；
3)将上述复相陶瓷从马弗炉中取出，并直接于空气中经10-15秒，从1325°C~1350°C冷却至常温，最终得到保留有BTO非晶相的复相陶瓷，BTO非晶相致密包裹NZFO晶粒。
[0009]本发明与相比具有的有益效果是:
1、采用溶胶-凝胶法制备复合粉体，可在分子水平上实现均匀混合，有利于在微观尺度上实现BTO和NZFO两相均匀分布。
[0010]2、利用三步烧结方法，解决了原位形成BTO非晶相并致密包裹NZFO晶粒的问题，工艺简单，便于工业化生产，具有广泛的应用前景。
[0011]3、获得的复相陶瓷中非晶相BTO是原位形成的，不需要通过传统外掺的方法引入玻璃相，不会引入额外的第三相或杂质相。这是由于外掺玻璃相一般都具有与陶瓷组成本征相不同的组分，会引入新的杂质而改变复相陶瓷的基本物性。因而这种复相陶瓷相比已有的通过外掺引入玻璃相的体系而言，更有利于其性能的控制和改善。
[0012]4、本发明中这种具有BTO非晶相包裹NZFO晶粒结构的复相陶瓷是一种渗流型复相陶瓷，且可以人为控制其显微结构使其具有非常高的渗流阈值，从而可获得超高的介电常数、高的磁导率、低的介电损耗与低的磁损耗。


[0013]图1-1是实施例1在IOkHz-1lOMHz范围内的介电常数频谱图，其中x=0.9。
[0014]图1-2是实施例1在IOkHz-1lOMHz范围内的介电损耗频谱图，其中x=0.9。
[0015]图1-3是实施例1在IOkHz-1lOMHz范围内的磁导率频谱图，其中x=0.9。
[0016]图1-4是实施例1在IOkHz-1lOMHz范围内的磁损耗频谱图，其中x=0.9。
[0017]图2-1是实施例2在IOkHz-1lOMHz范围内的介电常数频谱图，其中x=0.7。
[0018]图2-2是实施例2在IOkHz-1lOMHz范围内的介电损耗频谱图，其中x=0.7。
[0019]图2-3是实施例2在IOkHz-1lOMHz范围内的磁导率频谱图，其中x=0.7。
[0020]图2-4是实施例2在IOkHz-1lOMHz范围内的磁损耗频谱图，其中x=0.7。

[0021]下面根据实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
[0022]实施例1
I)先用溶胶-凝胶法制备得到0.1BT0/0.9NZF0的复合前驱体，其中x=0.9，然后将前驱体置于马弗炉中于250°C充分保温3小时，再升温至400°C进一步保温2小时，再在马弗炉中750°C预烧结2小时，得到均匀复合的BT0/NZF0两相复合粉体。
[0023]2)将复合粉体加入5 wt.%的PVA，采用单向加压法成型，然后在1310°C烧结12小时。随后，在3分钟内将烧结温度提高至1325°C，升温速率为5°C /min，在1325°C下保温5分钟，得到复相陶瓷。
[0024]3)将上述复相陶瓷从马弗炉中取出，于空气中进行冷却，在15秒内快速从1325°C冷却至常温，得到复相陶瓷。
[0025]按上述步骤制备得到的复相陶瓷，密度为5.00g/cm3，如图1_1所示，其IOkHz处的介电常数大于300000，如图1-2所示，介电损耗最小值仅为0.3，比传统烧结法的结果减小了约10%，如图1-3所示，初始磁导率为150，如图1-4所示，磁损耗为0.02。
[0026]实施例2
I)先用溶胶-凝胶法制备得到0.3BT0/0.7NZF0的复合前驱体，其中x=0.7，然后将前驱体置于马弗炉中于300°C充分保温I小时，再升温至450°C进一步保温I小时，再在马弗炉中850°C预烧结1.5小时，得到均匀复合的BT0/NZF0两相复合粉体。
[0027]2)将复合粉体加入5 wt.%的PVA，采用单向加压法成型后，在1300°C烧结15小时。随后，在2分钟内将烧结温度提高至1320°C，升温速率为10°C /min，在1320°C下保温10分钟，得到复相陶瓷。
[0028]3)将上述复相陶瓷从马弗炉中取出，于空气中进行冷却，在14秒内快速从1320°C冷却至常温，得到复相陶瓷。
[0029]按上述步骤制备得到的复相陶瓷，密度由传统法烧结的4.39g/cm3增加到4.83g/cm3，如图2-1所示，其IOkHz处的介电常数大于100000，如图2_2所示，介电损耗最小值为
0.4，如图2-3所示，初始磁导率为85，如图2-4所示，磁损耗为0.03。
[0030]上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。