A位非化學計量MgTiO3陶瓷的制備與結構

高靜　呂本印

摘要：文章主要介紹了A位非化學計量MgTiO3陶瓷的制備與結構分析。采用傳統固相法，按非化學計量比MgO：TiO2=1.02，1.04，1.05，1.07進行配料，并在不同溫度下進行燒結。XRD結果表明，隨著MgO：TiO2比例的增加，反應的越完全，當配比為1.02在1 330℃，1 390℃燒結溫度下保溫4 h時，能生成單相MgTiO3。SEM結果可看出總體上晶體生長的都很好，綜合XRD來看，配比1.02在1 390℃下保溫4 h為最好。

關鍵詞：MgTiO3；微波介質陶瓷；非化學計量比；固相合成

0引言

近年來，由于微波通信事業的迅速發展，高性能的微波電路和微波器件的需求量日益增加。現代通信技術中的諧振器、濾波器、介質基片等微波元器件廣泛使用的關鍵材料是微波介質陶瓷。1960年，又有人提出了應用介質諧振器使微波濾波器小型化的方案，并進行了很多研究，但是，由于沒有合適的介質材料而使研究工作沒有得到很大的進展。鈦酸鎂基陶瓷，作為一種被廣泛應用在微波裝置中的介質材料，具有鈦鐵礦結構，屬于六方晶系，有較高的介電常數、品質因數和負的諧振頻率溫度系數。現在研究比較成熟的是通過對其進行A位離子取代如（Mg0.95Co0.05）TiO3，（Mg0.95Zn0.05）TiO3，（Mg0.95Ni0.05）TiO3等或者采用非化學計量比來提高材料的品質因數。

因此，制備單相的鈦酸鎂MgTiO3粉體在微波陶瓷工業中具有重要價值，若將MgO和TiO2按1：1配比燒結得到的MgTiO3極易產生如Mg2TiO4等第二相，故本文主要介紹了A位非化學計量MgTiO3微波介質陶瓷的制備及相應的物相組成和結構。本實驗采用傳統固相法，按非化學計量比配料，并在不同溫度下進行燒結。

1制備工藝及儀器

1.1制備工藝

以高純氧化物粉MgO，TiO2為原料，采用傳統固相法制備Mg非化學計量比的MgTiO2陶瓷（Mg：Ti=1.00，1.01，1.02，1.03，1.04，1.05，1.07，1.09）。固相法制備陶瓷工藝流程為：烘干、配料、一次球磨、預燒、二次球磨、造粒、成型、燒結、分析測試。用到的化學試劑為MgO，TiO2，[CH2CH（OH）]，H2O，C2H5O，Mn（CH3COO）2。4H20。

1.2主要儀器

本研究所需要的主要儀器設備為QM-ISP2型行星式球磨機、能譜儀（EDS）、壓片機、SDT Q600型同步熱分析儀、DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱、ALl04型精密電子天平、TMF-4-1型陶瓷、纖維高溫爐、TM-1000型掃描電子顯微鏡（SEM）、x射線衍射儀（XRD）。

2數據處理和分析

2.1收縮率與密度分析

燒結后樣品收縮、密度增大。實驗樣品有兩種規格：直徑為F8.00 mm的小片和直徑為F20.00 mm的大片。通過測量計算得出各個配比在每個溫度點下的收縮率如表1所示，可以看出：同樣配比與燒結溫度下，大片的收縮率普遍大于小片；同一配比下，隨著燒結溫度的上升，收縮率有上升的趨勢；相同溫度下，隨著配比的增加，收縮率有下降的趨勢。用阿基米德原理測出樣品每個配比在各個溫度點的密度列入表1，可以看出：同一配比下，隨著燒結溫度的上升，密度逐漸減小；相同溫度下，隨著配比的增加，密度稍有增加。

2.2XRD物相分析

實驗通過對不同計量比的樣品進行測試，得到實驗數據。Mg：Ti=1.02，1.04，1.05，1.07在1 330℃，1360℃，1390℃溫度點下保溫4 h得到的XRD圖如圖1所示。Mg：Ti=1.02時都生成了純凈的MgTiO3。從圖中可以看出，當燒結溫度到達1 390℃時雜質Mg2TiO4的含量逐漸減少，主晶相較純。由此可知，燒結溫度在一定范圍內越高，越有利于MgTiO3的生成。由實驗數據可以看出Mg：Ti=1.02為最佳化學計量比，1 390℃為較適宜的燒結溫度。

2.3SEM掃描電鏡分析

本實驗掃描條件為：加速電壓15 kV，發射電流90.2mA。將燒制好的樣品（8.00 mm圓片）不經過任何處理直接用來掃描分析。樣品在Mg：Ti=1.02，1.04，1.05，1.074種配比下分別在1 330℃，1 360℃，1 390℃的燒結溫度下保溫4 h，所得到的SEM照片如圖2所示。從圖中可以看出，大部分樣品燒結得很密實，排列緊湊，晶體生長得比較飽滿，表面平整。也有樣品有氣孔，這與所滴的PVA的量和粘結的均勻程度有關。另外，燒結用的耐高溫燒結板的平整度也會影響樣品的表面平整度。總的來說樣品晶粒生長得比較好。

3結語

本文探究了收縮率，以及Mg和Ti的不同配比對生成物是否純凈的影響，還有樣品表面的SEM分析。通過實驗分析得到以下結論。

（1）通過測量并計算得出樣品的收縮率在13%-16%之間，在正常范圍內。Mg：Ti=1.02，1.04，1.05，1.07配比的平均密度分別為3.60 g/cm3，3.74 g/cm3，3.62 g/cm3，3.69 g/cm3，大致隨配比正相關增長。（2）從XRD圖分析可以看出，能制獲得單相MgTiQ3陶瓷的是Mg：Ti=1.02，1 390℃為此次實驗的最佳燒結溫度點。（3）從SEM的照片可以看出晶粒生長的很好，晶粒間銜接的很緊湊，燒結的較致密，隨著燒結溫度的增加，晶粒生長得更大。