2.06Nb0.18Ti0.76O3粉体及材料性能的影响'> 原料对Li2.06Nb0.18Ti0.76O3粉体及材料性能的影响

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摘要:本文对固相法合成Li2.06nb0.18ti0.76o3 粉体开展了研究,选择不同的Nb2O5、TiO2与Li2CO3混合,研究不同Nb2O5、TiO2原料对Li2.06Nb0.18Ti0.76O3 粉体及材料的影响。通过X射线衍射、扫描电镜、EDS、宽频介电阻抗谱仪等手段对原料、煅烧后粉体、烧结后的Li2.06Nb0.18Ti0.76O3 材料进行了分析表征。结果表明,采用不同Nb2O5及不同TiO2为原料经850℃煅烧后所得粉体的颗粒粒径相差不大,但相结构有所不同。研究还发现,不同原料所得粉体所烧结的Li2.06Nb0.18Ti0.76O3 材料的相结构及密度没有明显的区别,但显微结构却有很大差别,并最终导致两种Li2.06Nb0.18Ti0.76O3 材料的介电性能有很大的不同。

关键词:LNT;粉体;烧结

1引 言

固相法是最常用的一种制粉工艺,在固相法制粉过程中,原料本身的性能对粉体的合成温度及粉体本身性能都有显著的影响,降低粉料粒度、增加粉体比表面积以及增加粉体的化学反应活性等可以增大烧结动力,提高烧结活性,从而能有效降低烧结温度[1-2],保证材料优良的性能。因此,选择适当的原料,对获得好的粉体具有很重要的意义。Li-Nb-Ti(LNT)材料是一种新型的微波介质材料,具有优良的微波介电性能和较低的烧结温度[3-4]。固相法在LNT粉体的合成中也应用广泛[3-5],但是由于LNT材料是一种新型材料,各方面的研究都不够全面、深入,对于原料对LNT合成粉体的影响方面的研究较少。

本研究选择LNT三元体系中“Li2TiO3 ss”相区的典型材料li2.06nb0.18ti0.76o3为对象,采用不同原料制备粉体和成形陶瓷材料,分析原料粉体对合成粉体、陶瓷材料的烧结性能及介电性能的影响。

2样品的制备及其性能测试

2.1以不同原料制备“Li2TiO3 ss”相LNT陶瓷

原料采用碳酸锂(Li2CO3,纯度98.00%);金红石相、锐钛矿相二氧化钛(分别记为R-TiO2、A-TiO2,纯度均为99.50%);两种五氧化二铌:一为上海跃龙新材料股份有限公司生产,一为国药集团化学试剂有限公司生产(分别记为Y-Nb2O5,Z-Nb2O5,纯度均为99.99%)。按照Li2.06Nb0.18Ti0.76O3(Li2+xNb3xTi1-4xO3,x=0.06)的化学计量比制备陶瓷材料,具体过程为:称取合适比例的Li2CO3、 R-TiO2和Y-Nb2O5,以酒精和二氧化锆球(ZrO2)为介质湿磨24h后烘干,过40目筛后在850℃煅烧6h,加入1.0 % b2O3作为助烧剂,细磨之后加粘结剂压片(Φ=16 mm,h=8 mm),650℃排塑后在不同温度下烧结,样品记为RY-LNT。将A-TiO2在900℃煅烧,得到粉体A9-TiO2,与Z-Nb2O5及Li2CO3按照上述过程制备样品,记为A9Z-LNT。烧成好的陶瓷样品圆片双面磨平,超声清洗干净并烘干后,进行样品性能测试。

2.2样品测试与表征

用XRD衍射仪分析粉体和材料的相结构;用阿基米德法测定样品的密度值;用SEM检测粉体和样品的显微结构;用EDS检测样品不同区域的成分;用宽频介电阻抗谱仪分析测定上述两种陶瓷材料样品在0～2MHz频率下的介电常数和介电损耗。

3结果与讨论

3.1 Z-Nb2O5与Y-Nb2O5的晶相分析

图1是Z-Nb2O5与Y-Nb2O5的XRD图谱,其中(a)为Z-Nb2O5的XRD图谱,对比(b)可知,Z-Nb2O5中α-Nb2O5相(PDF卡片为27-1003)的衍射峰较强,而Y-Nb2O5中β-Nb2O5相(PDF卡片为19-0862)占主要成分。由于低温的单斜方α-Nb2O5相在1000℃左右转化为高温的单斜β-Nb2O5相,因此,含有较多低温相α-Nb2O5的Z-Nb2O5粉体的活性高于主要成分为β-Nb2O5的Y-Nb2O5。

3.2 A9-TiO2和R-TiO2的晶相分析

图2是A9-TiO2(a)和R-TiO2(b)的XRD图谱。从图2可知,R-TiO2是纯的金红石相,而A-TiO2相经过900℃煅烧之后,一部分锐钛矿相转化为金红石相,同时残余部分未晶型转变的锐钛矿相二氧化钛,这说明A9-TiO2的活性也较高。

3.3 不同原料合成的Li2.06Nb0.18Ti0.76O3粉体的晶相及形貌分析

图3为不同LNT粉体在850℃下煅烧6h后的XRD图谱,从图中可以看出:不同粉体在850℃温度下煅烧后,A9Z-LNT 陶瓷粉体呈现单一的“Li2TiO3 ss”相(PDF卡片号为33-0831),但RY-LNT陶瓷粉体中却出现了Li3NbO4相(PDF卡片号为16-0459)的两个较强衍射峰15.03 和26.05(图中用星号标出,该相的存在可能是由于Y-Nb2O5和R-TiO2的活性较低,反应未能彻底完成所致。

图4是A9Z-LNT和RY-LNT粉体在850℃煅烧后的扫描电镜图片,从SEM照片可知,A9Z-LNT粉体(图4(a))和RY-LNT粉体(图4(b))大小均为300nm左右,没有呈现出明显的区别。

3.4 粉体的烧结与所得Li2.06Nb0.18Ti0.76O3材料的显微结构分析

两种LNT陶瓷材料的体积密度如图5所示。由图5可知:A9Z-LNT陶瓷烧结后体积密度稍高于RY-LNT陶瓷的体积密度。其中,A9Z-LNT陶瓷在较低的温度下(825℃)达到最大密度值3.467g/cm3;RY-LNT陶瓷随着烧结温度的升高而增加,在850℃温度下达到最大体积密度3.448g/cm3。由此可见,采用900℃煅烧后的A9-TiO2和Z-Nb2O5制备的陶瓷样品(A9Z-LNT)的烧结性能较好一些,但总体而言,相差不太大。此外,XRD图谱显示,A9Z-LNT和RY-LNT材料均为“Li2TiO3 ss”相,没有其它杂质相存在。

图6是A9Z-LNT(a)和RY-LNT(b)样品在825℃烧结后断面的SEM照片,从图6可以看出:两种材料都呈现出较密实的断面,气孔很少;同时两种材料的形貌也相似,都是两种晶粒共存的特殊结构。但二者之间也存在明显区别,即是:A9Z-LNT中细颗粒较RY-LNT中的少很多,使得材料中的晶界较少,这也可能是前者密度较高一些的原因。

表1是利用对A9Z-LNT和RY-LNT中的大小两种晶粒的能谱(EDS)分析结果。可以看到,在所有晶粒中,Ti含量变化较小(40%),且无论是A9Z-LNT还是RY-LNT,Nb含量的变化与晶粒大小有关,大晶粒中Nb含量较高(图中A、C、D和F点),小晶粒Nb含量较低(图中B和E点)。由于XRD谱显示这两种材料均为“Li2TiO3 ss”相,因此大小晶粒分别为富Nb的“Li2TiO3 ss”相和缺Nb的“Li2TiO3 ss”相,这种特殊形貌在其它研究中也曾发现过[6],其生成原因还有待进一步研究。

3.5 介电性能分析

图7为A9Z-LNT和RY-LNT在825℃烧结后,样品在0～2MHz频率下的介电常数和介电损耗曲线,可以看出:不同原料制备的两种材料的介电常数及介电损耗曲线基本相似,但区别也很明显,A9Z-LNT材料的介电常数及介电损耗都明显低于RY-LNT材料。由于这两种材料的相结构相似,密度也相差不多,这种介电性能的差别应该与两种材料中大、小晶粒的含量不同有关。有研究表明[6],与缺Nb的“Li2TiO3 ss”相LNT材料相比,富Nb的“Li2TiO3 ss”相LNT材料的介电常数较低,损耗较小。基于此可以推测,导致A9Z-LNT材料的介电常数较低的原因,可能是因为其小晶粒含量较少。

4结 论

(1) Nb2O5、TiO2原料对Li2.06Nb0.18Ti0.76O3 粉体有明显影响,晶粒细、活性高的粉体有利于“Li2TiO3 ss”相的形成;

(2) 采用不同原料合成对Li2.06Nb0.18Ti0.76O3材料的最后相结构没有明显影响,对材料致密度的影响也不大,但会影响到材料的显微结构,并导致材料的介电性能之间的明显差异。

参考文献

[1] 李蔚,赵梅瑜,吴文骏.反应烧结制备Ba2Ti9O20材料[J].无机材料学报.2004,19:439-442.

[2]K.P.Surendran,P.C.Rajath Varma,Manoj Raama Varma.Solid state and solution synthesis of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3:A comparative study[J].Mater Res Bull,2007,42(10):1831-1844.

[3] Albina Y Borisevich,Peter K Davies.Crystalline structure and dielectric properties of Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 (M=Nb5+,Ta5+)M-phase solid solutions[J]. J.Am.Ceram Soc.,2002,85(3):573-578.

[4] Zeng Qun,Li Wei,Shi Jianlin,et al.A new microwave dielectric ceramic for LTCC applications[J].J.Am. Ceram Soc,2006,89(5):1733-1735.

[5] Borisevich A.Y,Davies P.K.Effect of V2O5 doping on the sintering and dielectric properties on M-Phase Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 ceramics[J].J.Am.Ceram Soc.,2004,87:1047-1052.

[6] 曾群.新型微波介质陶瓷材料的制备与性能研究[D].上海硅酸盐研究所,2008.