不同玻璃配比

將煆燒後之 Mg4Nb2O9 陶瓷粉末，分別加入 55wt%~80wt%之 GA50 玻璃粉末(B2O3-SiO2 glass)，經球磨混合後分別壓製成圓柱狀試 片，置入高溫爐中燒結875℃持溫 1 小時，將樣品研磨成粉體後進行 XRD 分析，結果如圖 5-12 所示；圖 5-12(a)為玻璃含量 70wt%之硼矽 玻璃在875℃燒結 1 小時之 X-ray 繞射圖，將繞射峰經 JCPDS 卡比對，

Mg Nb O MgNb O

相似，亦為Mg4Nb2O9與MgNb2O6兩相，圖 5-12(c)則為 100wt%GA50 硼 矽 玻 璃 之 繞 射 圖 形 ， 從 圖 中 可 看 出 無 結 晶 相 產 生 ， 是 非 晶 質 (amorphous)的繞射圖。

圖 5-13 為將煆燒後之 Mg4Nb2O9陶瓷粉末，分別加入 55wt% ~ 80wt% 之 GP5210 玻璃粉末(ZnO-B2O3-SiO2 glass)，經球磨混合後分 別壓製成圓柱狀試片，置入高溫爐中燒結875℃持溫 1 小時，將樣品 研磨成粉體後，進行 XRD 分析，結果如圖 5-13 所示。圖 5-13(g)為 100wt%之鋅硼矽玻璃之繞射圖形， GP5210 鋅硼矽玻璃在 875℃燒結 1 小時後產生結晶相，經 JCPDS 卡比對為 Zn2SiO4及 ZnB2O4兩結晶 相。圖5-13(a)為 GP5210 鋅硼矽玻璃含量 55wt%之繞射圖，經比對後 發現有許多相生成，除了陶瓷相 Mg4Nb2O9與 MgNb2O6兩相之外，還 比對出ZnNb2O6 、Zn3Nb2O8 、Zn2SiO4、ZnB2O4 及 Mg2B2O5五種相 之生成，其中MgNb2O6與ZnNb2O6由於結構相同且Zn²⁺與Mg²⁺之離 子半徑相近，因此形成(ZnxMg1-x)Nb2O6 固溶體[48~49]。隨著玻璃含 量增加(Mg4Nb2O9陶瓷含量減少)，各個相之繞射峰強度皆有改變，在 玻璃含量增加至65wt%時(圖 5-13(c) )，Mg4Nb2O9相消失；而在玻璃 含量增加至75wt%時(圖 5-13(e) )，Zn3Nb2O8相消失，剩下Zn2SiO4、 (ZnxMg1-x)Nb2O6、ZnB2O4與 Mg2B2O5相。

由於本實驗所使用之玻璃為商用玻璃，無法得知其中鋅-硼-矽之 化合物配比，因此，由圖 5-13(g)純玻璃之 XRD 鑑定結果，假設玻璃 在與陶瓷反應前為 Zn2SiO4與 ZnB2O4兩相，整理反應前後生成相之 變化如下：

(1)玻璃含量 80wt%時：(陶瓷含量 20wt%) 反應前：ZnSiO4、ZnB2O4、Mg4Nb2O9

反應後：ZnSiO4、(ZnxMg1-x)Nb2O6、Mg2B2O5

(2)玻璃含量 75wt%時：(陶瓷含量 25wt%) 反應前：ZnSiO4、ZnB2O4、Mg4Nb2O9

反應後：ZnSiO4、(ZnxMg1-x)Nb2O6、Mg2B2O5

(3)玻璃含量 70wt%時：(陶瓷含量 30wt%) 反應前：ZnSiO4、ZnB2O4、Mg4Nb2O9

反應後：Zn2SiO4、(ZnxMg1-x)Nb2O6、Mg2B2O5、Zn3Nb2O8

(4)玻璃含量 65wt%時：(陶瓷含量 35wt%) 反應前：ZnSiO4、ZnB2O4、Mg4Nb2O9

反應後：Zn2SiO4、(ZnxMg1-x)Nb2O6、Mg2B2O5、Zn3Nb2O8

(5)玻璃含量 60wt%時：(陶瓷含量 40wt%) 反應前：ZnSiO4、ZnB2O4、Mg4Nb2O9

(6)玻璃含量 55wt%時：(陶瓷含量 45wt%) 反應前：ZnSiO4、ZnB2O4、Mg4Nb2O9

反應後：Zn2SiO4、(ZnxMg1-x)Nb2O6、Mg2B2O5、Zn3Nb2O8、Mg4Nb2O9

在玻璃含量 100wt%時(圖 5-13(g))所生成的相為 Zn2SiO4 與 ZnB2O4兩相，當加入20wt%陶瓷後(圖 5-13(f))，ZnB2O4繞射峰消失，

產生了(ZnxMg1-x)Nb2O6 與 Mg2B2O5兩相之繞射峰；研判 ZnB2O4中 之B 離子與陶瓷相 Mg4Nb2O9中之 Mg 離子反應，形成 Mg2B2O5化合 物，而ZnB2O4中之Zn 離子則部分取代陶瓷相 Mg4Nb2O9中Mg 離子 位 置 形 成 ZnxMg1-x)Nb2O6； 隨 著 陶 瓷 含 量 增 加 到 達 30wt%時(圖 5-13(d))，除了(ZnxMg1-x)Nb2O6 與 Mg2B2O5 兩相之繞射峰，還產生 了 Zn3Nb2O8相之繞射峰，研判是由於 Mg4Nb2O9陶瓷含量增加，Nb 離子增加，因此Zn 離子之取代除了生成(ZnxMg1-x)Nb2O6相之外，還 生成 Zn3Nb2O8相，之後，陶瓷含量繼續增加，Zn3Nb2O8相之繞射峰 強度亦越來越強；在陶瓷含量增加至 40wt%時(圖 5-13(b))，出現了 Mg4Nb2O9相之繞射峰，此時陶瓷中之Mg 離子與 Nb 離子除了與玻璃 反應產生新相之外，還有足夠的量形成 Mg4Nb2O9相，並隨著陶瓷含 再增加，Mg4Nb2O9 相之繞射峰強度愈強；因此陶瓷含量增加，

Zn3Nb2O8相與Mg4Nb2O9相之繞射峰強度增強，相對的Mg2B2O5相、

統整上述反應之主要反應機制為玻璃中之 Zn²⁺離子取代陶瓷中 Mg²⁺之離子，形成(ZnxMg1-x)Nb2O6取代型固溶體。在Mg4Nb2O9陶瓷 含量較高(30~45wt%)之配比，由於含有較多之 Nb⁵⁺離子，因此 Zn²⁺

離子之取代，除了形成(ZnxMg1-x)Nb2O6固溶體外，還形成 Zn3Nb2O8

相。而被 Zn²⁺離子取代出之 Mg²⁺之離子則與玻璃中之 B³⁺離子形成 Mg2B2O5化合物。