● 摘要
大量研究工作表明，CCTO陶瓷对实验工艺比较敏感，如烧结温度，保温时间，烧结气氛等。关于CCTO陶瓷巨介电起源的问题，人们已经进行了大量的实验探索，有关气氛对该材料的影响的研究却比较少，所以研究烧结气氛对CCTO陶瓷的影响有着非常重要的现实意义。
本文使用传统的固相反应法，制备了高介电常数材料CaCu3Ti4O12陶瓷，CaCu3Ti4O12-xMg2TiO4(x=0,0.2,0.4,0.6)陶瓷及空气和氧气中烧结的CaCu3-ySryTi(4-x)AlxO12 (x=0,0.04,0.06,0.1;y=0,0.4,0.4,0.4)陶瓷样品和阴离子掺杂的CaCu3Ti4O12-xClx(x=0,0.2,0.4,0.6,1)陶瓷，研究了该材料的微观结构和介电性能，对CCTO巨介电的物理机制进行了初步的探讨，期望改善其介电性能，推动该材料在商业中应用的进程。论文主要研究结果如下：
（1）通过系统研究Mg2TiO4掺杂CCTO陶瓷样品的微观结构、介电性能和I-V非线性特性。实验发现：Mg2TiO4掺杂CCTO的综合介电性能得到了优化，在保持较高介电常数的同时（102Hz-105Hz，大于10000），在较宽的频率范围内降低了材料的低频介电损耗（最小值= 0.05），并且压敏电压（）被提高到89 V/mm。这可以解释为：Mg2TiO4的掺杂导致了材料的晶粒尺寸减小，总体上绝缘晶界的比重增大，导致晶界肖特基势垒变高。这些结果为优化CCTO材料性能、推进其在电容器方面的应用提供了实验依据。
（2）通过研究在不同烧结气氛中（空气和氧气）制备的纯CCTO和Sr，Al共掺杂的陶瓷样品，分析了烧结气氛对该材料的影响。结果表明：所有样品在氧气烧结的介电常数，小于在空中烧结的介电常数，在空气中烧结的样品，介电常数在103-104，在氧气中烧结，介电常数在102-103。氧气中烧结的样品的介电损耗随着频率的增加而减小，并且与空气中的样品相比，高频损耗显著降低（最小值，1MHz，= 0.078）。在氧气中烧结样品均比较致密，与在空气中烧结样品的SEM图比较，所有样品的晶粒更均匀化且尺寸大大减小，平均晶粒尺寸大约为0.5个微米，说明在较高的氧气浓度能抑制晶粒尺寸的异常长大。此外，与纯CCTO相比，Sr、Al的加入使得晶界电阻明显增大，晶界承载电压的能力增强，晶界形成的Schottky势垒提高，样品的击穿电压变大。而在氧气中烧结后，所有样品的击穿电压又在此基础上又都增大至2500 V/mm左右，根据晶粒尺寸效应，这与晶粒尺寸的进一步减小有关。
（3）系统研究了阴离子Cl取代O位后材料的微观结构、介电性能以及I-V非线性特性。发现Cl离子掺杂提高了CaCu3Ti4O12的综合介电性能：在保持较高介电常数的同时，在较宽的频率范围内降低了低频（20Hz-2kHz）和高频（106Hz-107Hz）范围的介电损耗，提高了压敏电压。