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鈦酸鎂使用的優(yōu)勢 |
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微波介質陶瓷是近年來迅速發(fā)展起來的一類新型功能陶瓷材料，它具有低微波損耗、高介電常數及介電常數溫度系數τε 穩(wěn)定等特點，已廣泛應用于微波和移動通信領域。鈦酸鎂（又稱偏鈦酸鎂）是近年來在微波陶瓷領域應用廣泛的介電材料，其εr 為16~22，由于原料豐富、成本低廉，引起了各國材料工作者的極大關注，因而制備高純度單一相的鈦酸鎂 微波介質陶瓷具有非常重要的現實意義。通常鈦酸鎂 可以通過MgO 和TiO2 固相反應合成，但極易產生第二相MgTi2O5，甚至在采用機械化學法制備時都會產生少量MgTi2O5 相，因而人們不得不采用原料價格昂貴、費時費力的sol-gel法、熱分解法或化學共沉淀法制備純鈦酸鎂粉體。MgO-TiO2系陶瓷材料具有三種不同的化合物形式：正鈦酸鎂（Mg2TiO4）、偏鈦酸鎂（鈦酸鎂）和二鈦酸鎂（MgTi2O5）。其中正鈦酸鎂、偏鈦酸鎂的微波介電性能良好，但晶體結構不同，前者為尖晶石結構，后者屬于鈦鐵礦晶體結構，二鈦酸鎂的tanδ比較高，是制備過程中不希望獲得的晶相。而制備沒有MgTi2O5 和Mg2TiO4 晶相的純鈦酸鎂 粉體是相當困難的，而且附加相會增加收縮過程的時間，并改變陶瓷的微波介電性能。以高活性堿式碳酸鎂(Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O)和金紅石型TiO2 作為初始原料，用固相反應法合成純鈦酸鎂 粉體，研究了純鈦酸鎂 粉體的預燒溫度，由于鈦酸鎂 具有正的τε（約70×10–6 / ℃，1 MHz），采用具有負的τε的CaTiO3（約- 2 400×10–6 / ℃，1 MHz）進行調節(jié)，得到τε 穩(wěn)定（τε = ±10–5/ ℃）的鈦酸鎂 陶瓷材料，并摻入稀土氧化物Nd2O3 或CeO2 有效地改善了陶瓷的微波損耗和絕緣特性。
【理化性質】
鈦酸鎂系統存在三種化合物：正鈦酸鎂（2MgOTiO2）、偏鈦酸鎂（MgO-TiO2）、二鈦酸鎂（MgO-2TiO2），三者的介電性能如表所示。
其中正鈦酸鎂、偏鈦酸鎂的微波介電性能良好，但晶體結構不同，前者為尖晶石結構，后者屬于鈦鐵礦結構，二鈦酸鎂介電損耗比較高，是制備過程中不希望獲得的晶相。
【生產】
方法1：利用高活性的堿式碳酸鎂Mg(OH)2·4MgCO3·5H2O 和金紅石型TiO2 為原料，按照非化學計量比r(Mg：Ti)為1.03：1：00 配料，利用固相反應法在預燒溫度為1 100 ℃時可以得到純鈦酸鎂 粉體。在摻入CaTiO3 后調節(jié)了鈦酸鎂 粉體的τε，得到τε 為±10–5 /℃的陶瓷材料，并且從實驗數據中觀察到τε 的改變具有線性關系，提高了鈦酸鎂 的選擇范圍。同時摻入Nd2O3 或CeO2 可以改善鈦酸鎂 陶瓷的Q·f 值及其絕緣特性，并用SEM 對其進行了表征，摻雜后鈦酸鎂陶瓷均勻致密，可以制備具有良好微波介電性能的鈦酸鎂 陶瓷材料。
方法2：鈦酸鎂粉體的合成方法，其特征在于，包括以下步驟：
1）將3g/L～10g/L堿性物質和2g/L～30g/L含鈦物質加入蒸餾水中，配置成電解液；
2）將鎂或鎂合金置于裝有配置電解液的不銹鋼槽體中，進行微弧氧化處理：以鎂或鎂合金做陽極、不銹鋼槽體為陰極，采用脈沖微弧氧化電源供電，在脈沖電壓為350V～600V、頻率為50Hz～2000Hz、占空比為10%～45%、電解液溫度為20℃～40℃的條件下氧化10min～60min，即可在鎂或鎂合金表面合成含鈦酸鎂的微弧氧化陶瓷涂層；
3）配置體積濃度為5%～30%的酸性溶液；
4）將微弧氧化處理后鎂或鎂合金置于配置的酸性溶液中，浸泡3h～24h；
5）對浸泡后的酸性溶液進行過濾，得到鈦酸鎂粉末，然后，用蒸餾水沖洗；
6）將鈦酸鎂粉末置于pH值為10～13的氨水溶液中浸泡1h～5h；利用氨水對鈦酸鎂粉末的形貌和晶粒的大小經行調控；
7）將浸泡后氨水溶液過濾，對過濾出的物質用蒸餾水沖洗，然后進行干燥，得到合成的鈦酸鎂粉體。
【應用】
鈦酸鎂是近年來在微波陶瓷領域應用廣泛的介電材料， 由于鈦酸鎂 具有負的諧振頻率溫度系數， 因此需要摻入具有正溫度系數的材料從而使其滿足實用要求。CaTiO3 由于其有較大的介電常數和正頻率溫度系數（εr=170，τf=800ppm/ ℃，Q×f=3600 GHz）， 所以摻入CaTiO3 可以提高整個系統的介電常數，同時使諧振頻率溫度系數接近零，從而滿足實用要求。 鈦酸鎂 基材料是一種較為成熟的微波介質材料，具有高Q×f，是一種典型的溫度補償電容器和諧振材料。正鈦酸鎂（Mg2TiO4）具有尖晶石結構，其介電常數和介電損耗都比較小，介電常數為14，介電損耗達10-4 數量級。另外，該體系陶瓷具有負溫度系數，研究中通常加入具有正溫度系數的材料進行調節(jié)，使得系統達到近零的溫度系數。但正鈦酸鎂陶瓷的燒結溫度較高，在1430～1450℃范圍內，且燒結溫度范圍窄，在不降低其介電性能的前提下，通過添加燒結助劑，降低燒結溫度是目前該領域的研究熱點。
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