A位非化學(xué)計(jì)量MgTiO3陶瓷的制備與結(jié)構(gòu)

高靜　呂本印

摘要：文章主要介紹了A位非化學(xué)計(jì)量MgTiO3陶瓷的制備與結(jié)構(gòu)分析。采用傳統(tǒng)固相法，按非化學(xué)計(jì)量比MgO：TiO2=1.02，1.04，1.05，1.07進(jìn)行配料，并在不同溫度下進(jìn)行燒結(jié)。XRD結(jié)果表明，隨著MgO：TiO2比例的增加，反應(yīng)的越完全，當(dāng)配比為1.02在1 330℃，1 390℃燒結(jié)溫度下保溫4 h時(shí)，能生成單相MgTiO3。SEM結(jié)果可看出總體上晶體生長(zhǎng)的都很好，綜合XRD來(lái)看，配比1.02在1 390℃下保溫4 h為最好。

關(guān)鍵詞：MgTiO3；微波介質(zhì)陶瓷；非化學(xué)計(jì)量比；固相合成

0引言

近年來(lái)，由于微波通信事業(yè)的迅速發(fā)展，高性能的微波電路和微波器件的需求量日益增加?，F(xiàn)代通信技術(shù)中的諧振器、濾波器、介質(zhì)基片等微波元器件廣泛使用的關(guān)鍵材料是微波介質(zhì)陶瓷。1960年，又有人提出了應(yīng)用介質(zhì)諧振器使微波濾波器小型化的方案，并進(jìn)行了很多研究，但是，由于沒(méi)有合適的介質(zhì)材料而使研究工作沒(méi)有得到很大的進(jìn)展。鈦酸鎂基陶瓷，作為一種被廣泛應(yīng)用在微波裝置中的介質(zhì)材料，具有鈦鐵礦結(jié)構(gòu)，屬于六方晶系，有較高的介電常數(shù)、品質(zhì)因數(shù)和負(fù)的諧振頻率溫度系數(shù)。現(xiàn)在研究比較成熟的是通過(guò)對(duì)其進(jìn)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(xué)計(jì)量比來(lái)提高材料的品質(zhì)因數(shù)。

因此，制備單相的鈦酸鎂MgTiO3粉體在微波陶瓷工業(yè)中具有重要價(jià)值，若將MgO和TiO2按1：1配比燒結(jié)得到的MgTiO3極易產(chǎn)生如Mg2TiO4等第二相，故本文主要介紹了A位非化學(xué)計(jì)量MgTiO3微波介質(zhì)陶瓷的制備及相應(yīng)的物相組成和結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)采用傳統(tǒng)固相法，按非化學(xué)計(jì)量比配料，并在不同溫度下進(jìn)行燒結(jié)。

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(tǒng)固相法制備Mg非化學(xué)計(jì)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(yù)燒、二次球磨、造粒、成型、燒結(jié)、分析測(cè)試。用到的化學(xué)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(shè)備為QM-ISP2型行星式球磨機(jī)、能譜儀（EDS）、壓片機(jī)、SDT Q600型同步熱分析儀、DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)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(shù)據(jù)處理和分析

2.1收縮率與密度分析

燒結(jié)后樣品收縮、密度增大。實(shí)驗(yàn)樣品有兩種規(guī)格：直徑為F8.00 mm的小片和直徑為F20.00 mm的大片。通過(guò)測(cè)量計(jì)算得出各個(gè)配比在每個(gè)溫度點(diǎn)下的收縮率如表1所示，可以看出：同樣配比與燒結(jié)溫度下，大片的收縮率普遍大于小片；同一配比下，隨著燒結(jié)溫度的上升，收縮率有上升的趨勢(shì)；相同溫度下，隨著配比的增加，收縮率有下降的趨勢(shì)。用阿基米德原理測(cè)出樣品每個(gè)配比在各個(gè)溫度點(diǎn)的密度列入表1，可以看出：同一配比下，隨著燒結(jié)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(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同計(jì)量比的樣品進(jìn)行測(cè)試，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。Mg：Ti=1.02，1.04，1.05，1.07在1 330℃，1360℃，1390℃溫度點(diǎn)下保溫4 h得到的XRD圖如圖1所示。Mg：Ti=1.02時(shí)都生成了純凈的MgTiO3。從圖中可以看出，當(dāng)燒結(jié)溫度到達(dá)1 390℃時(shí)雜質(zhì)Mg2TiO4的含量逐漸減少，主晶相較純。由此可知，燒結(jié)溫度在一定范圍內(nèi)越高，越有利于MgTiO3的生成。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出Mg：Ti=1.02為最佳化學(xué)計(jì)量比，1 390℃為較適宜的燒結(jié)溫度。

2.3SEM掃描電鏡分析

本實(shí)驗(yàn)掃描條件為：加速電壓15 kV，發(fā)射電流90.2mA。將燒制好的樣品（8.00 mm圓片）不經(jīng)過(guò)任何處理直接用來(lái)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(jié)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(jié)得很密實(shí)，排列緊湊，晶體生長(zhǎng)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(jié)的均勻程度有關(guān)。另外，燒結(jié)用的耐高溫?zé)Y(jié)板的平整度也會(huì)影響樣品的表面平整度?？偟膩?lái)說(shuō)樣品晶粒生長(zhǎng)得比較好。

3結(jié)語(yǔ)

本文探究了收縮率，以及Mg和Ti的不同配比對(duì)生成物是否純凈的影響，還有樣品表面的SEM分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得到以下結(jié)論。

（1）通過(guò)測(cè)量并計(jì)算得出樣品的收縮率在13%-16%之間，在正常范圍內(nèi)。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(guān)增長(zhǎng)。（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(shí)驗(yàn)的最佳燒結(jié)溫度點(diǎn)。（3）從SEM的照片可以看出晶粒生長(zhǎng)的很好，晶粒間銜接的很緊湊，燒結(jié)的較致密，隨著燒結(jié)溫度的增加，晶粒生長(zhǎng)得更大。