Spark plasma sintering of hydrothermally synthesized bismuth ferrite

Abstract

Bismuth ferrite, BiFeO3 (BFO), powder was synthesized by hydrothermal method from Bi(NO3)3?5H2O and Fe(NO3)3?9H2O as precursors. The synthesized powder was further sintered using spark plasma sintering (SPS). The sintering conditions were optimized in order to achieve high density, minimal amount of secondary phases and improved ferroelectric andmagnetic properties. The optimal structure and properties were achieved after spark plasma sintering at 630?C for 20min, under uniaxial pressure of 90MPa. The composition, microstructure, ferroelectric and magnetic properties of the SPS samples were characterized and compared to those of conventionally sintered ceramics obtained from the same powder. Although the samples sintered using conventional method showed slightly lower amount of secondary phases, the spark plasma sintered samples exhibited favourable microstructure and better ferroelectric properties. [Projekat Ministarstva nauke Republike Srbije, br. III45007]

The structural, electrical and optical properties of spark plasma sintered BaSn1-Sb O3 ceramics

“…For the characterization of ceramic materials thin slices of the sintered samples were cut from the both parallel sides. Afterwards, the surfaces were polished by sandpaper and annealed at 700 °C for 2 h in air in order to remove the surface carbon contamination and compensate the oxygen deficiency formed during sintering in reduction atmosphere [36,37].…”

“…The spark plasma sintering (SPS) technique, which includes simultaneous application of high pressure and heat during a short period of time, is known as an efficient method for the preparation of dense ceramic samples. SPS lowers the sintering temperature and shortens the overall processing time in comparison with the conventional sintering process [36]. It was successfully used in the preparation of various perovskite ceramic materials like BiFeO 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 [36][37][38] including La-doped BaSnO 3 [8], but, to the best of our knowledge, there are no literature reports about its use for the Sb-doped BaSnO 3 .…”

“…SPS lowers the sintering temperature and shortens the overall processing time in comparison with the conventional sintering process [36]. It was successfully used in the preparation of various perovskite ceramic materials like BiFeO 3 , BaTiO 3 , SrTiO 3 [36][37][38] including La-doped BaSnO 3 [8], but, to the best of our knowledge, there are no literature reports about its use for the Sb-doped BaSnO 3 .…”

Influência da adição de Ca nas propriedades térmicas e elétricas do BiFeO>sub<3>/sub<

“…As grandes dificuldades ao se trabalhar com o BFO são principalmente sua instabilidade termodinâmica [14] e sensibilidade às impurezas. Estas características podem levar à formação de fases indesejáveis gerando dificuldades na obtenção de amostras de fase única e de densidades elevadas ( 85% da densidade teórica) [15], principalmente quando é utilizado o método convencional de reação em estado sólido.…”

“…Esses fatores influenciam diretamente no controle microestrutural dificultando a obtenção de amostras com densidade elevada, maior que 85% da densidade teórica[33].As dificuldades de trabalho mencionadas, junto com a sua baixa magnetização e acoplamento magnoelétrico são os fatores que acabam limitando o seu uso em aplicações tecnológicas.As pesquisas, então, se voltaram para estudar diferentes métodos de síntese e sinterização, além de investigar os efeitos da introdução de aditivos em suas propriedades.Branković e colaboradores[14] fizeram uma comparação entre o método convencional e o método de sinterização por centelha de plasma ou spark plasma sintering (SPS), visando a obtenção de compactos de fase única e de elevada densidade, com melhorias em suas propriedades dielétrica, ferroelétrica e magnética. Porém como este era um estudo inicial não obtiveram os resultados esperados, sendo necessário um melhor cuidado nas etapas de preparação para As micrografias obtidas pelo MEV mostraram que o tamanho médio dos grãos diminuiu conforme o aumento da concentração do Gd, de 5 µm para x = 0,05 e 2 µm para x = 0,10 e 0,15.…”