[科普中国]-钛铁矿晶体结构

钛铁矿晶体结构主要由三种八面体在空间中连接而成，即AO6、BO6、CO6八面体。这里的C为阳离子空位。具有钛铁矿晶体结构的典型材料为铌酸锂晶体，具有极高的居里温度，高温状态下为顺电相，无自发极化。常温下为铁电态。铌酸锂晶体是迄今为止人们所发现的光学性能最多、综合性能最好的人工晶体，广泛应用于制作各种光学及压电器件。1

简介钛铁矿的晶体结构属刚玉型，只是与剐玉不同之处在于铝的位置相间地被铁和钛所代替。ABO3的多元化合物晶体结构，其中A、B分别代表两种不同的阳离子，如A代表Fe2+、B代表Ti4+则是钛铁矿(FeTiO3)，由图1可以看出，Fe2+离子位于菱形晶胞的顶角位置，O2-离子位于每个面的中心，Ti4+离子占据菱面体的中心。2

烧结性能通过烧结可以有效的改变钛铁矿的烧结性能，从而为钛铁矿的进一步叫加工利用提供便利。未烧结的钛铁矿，相组成仅为FeTiO3，当钛铁矿在氩气气氛中烧结后并没有检测到组成与结构方面的变化。但是当钛铁矿在空气中600℃烧结后，发生了化学反应，产生了新相，其相组成主相为FeTiO3，部分FeTiO3分解为Fe2O3及TiO2并产生了少量的Fe2Ti3O9;当其在800℃烧结后，其相组成与原钛铁矿相比已经发生了明显的变化其相组成主要为Fe2TiO5并有一定量的Fe2O3、TiO2和Fe2Ti3O9，只含少量的FeTiO3相，钛铁矿颗粒与氧发生了氧化反应；950℃烧结后主要相组成为Fe2TiO5，含Fe2O3及TiO2而Fe2Ti3O9与FeTiO3则已经消失，当烧结温度为1100℃烧结后，样品为Fe2TiO5相，含有少量的TiO2；1200℃烧结后，样品主要为Fe2TiO5相含有少量的TiO2。因此钛铁矿在600℃空气中烧结后，产生少量的Fe2O3、TiO2和Fe2Ti3O9；当温度为800℃时，Fe2Ti3O9分解为Fe2TiO5和TiO2，在更高的温度下则完全转变为Fe2TiO5和TiO2。3

主要用途钛铁矿具有较强的吸收微波辐射的能力

FeTiO3属ABX型分子，与Fe2O3属同一结构类型。在此种结构中，氧离子大致成六方密堆积排列，钛离子和铁离子各占三分之一的八面体配位间隙。在钛铁矿中，由铁占据的C面同由钛占据的C面呈相互交替的堆积方式。这种结构的特点使得离子之间发生的相对位移变得非常容易。加之Fe2+由于含dx电子，因此具有较大的极化率，FeO−键具有明显的离子一共价键特征。这就决定了FeTiO3具有较高的介电常数。天然产生的钛铁矿，或多或少地含有以Fe3+形式存在的铁，Fe2+和Fe3+共存，导致两种价态离子间的会发生电子交换，这一过程无疑促进了钛铁矿因偶极弛豫而引起的对微波能量的损耗。加之由于Fe2+和Fe3+价层存在不成对电子，致使FeTiO3表现出较高的磁化率。而微波场本身是一个交变的电磁场。因此，FeTiO3与微波场相互作用既表现为电相互作用，又表现为磁相互作用。3

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学