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二氧化鈦在自然界有三種結晶形態(tài):金紅石型、銳鈦型和板鈦型。板鈦型屬斜方晶系,是不穩定的晶型,在650℃以上即轉化成金紅石型,因此在工業(yè)上沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。銳鈦型在常溫下是穩定的,但在高溫下要向金紅石型轉化。其轉化強度視制造方法及煅燒過(guò)程中是否加有抑制或促進(jìn)劑等條件有關(guān)。
一般認為在165℃以下幾乎不進(jìn)行晶型轉化,超過(guò)730℃時(shí)轉化得很快。金紅石型是二氧化鈦穩定的結晶形態(tài),結構致密,與銳鈦型相比有較高的硬度、密度、介電常數與折光率。金紅石型和銳鈦型都屬于四方晶系,但具有不同的晶格,因而X射線(xiàn)圖象也不同,銳鈦型二氧化鈦的衍射角位于25.5°,金紅石型的衍射角位于27.5°。金紅石型的晶體細長(cháng),呈棱形,通常是孿晶;而銳鈦型一般近似規則的八面體。
金紅石型比起銳鈦型來(lái)說(shuō),由于其單位晶格由兩個(gè)二氧化鈦分子組成而銳鈦型卻是由四個(gè)二氧化鈦分子組成,故其單位晶格較小且緊密,所以具有較大的穩定性和相對密度,因此具有較高的折射率和介電常數及較低的熱傳導性。
二氧化鈦的三種同分異構體中只有金紅石型穩定,也只有金紅石型可通過(guò)熱轉換獲得。天然板鈦礦在650℃以上即轉換為金紅石型,銳鈦礦在915℃左右也能轉變呈金紅石型。