题目：CaCu3Ti4O12基巨介电陶瓷的制备与介电性能研究

CaCu3Ti4O12 (CCTO)是一种介电常数εr高达104并且具有很好的温度稳定性的巨介电材料，已成为近几年学术界关注的焦点之一。然而，CCTO具有较高的介电损耗(tan δ~0.1)，严重地影响了它的应用。
本文以CaCu3Ti4O12陶瓷为研究对象，通过研究不同的制备方法(固相合成法、NaCl熔盐法、CaCl2熔盐法和半化学法)、不同工艺条件、A位取代、B位变化对CaCu3Ti4O12陶瓷相结构、显微结构与介电性能的影响规律，以获得高介电常数和低介电损耗的高介电材料。研究的主要内容如下：
首先，采用传统固相法制备CCTO陶瓷，系统地研究了不同工艺条件对CaCu3Ti4O12陶瓷相结构、显微结构、介电性能的影响。结果表明：当预烧温度为900 ?C，烧结温度为1070 ~ 1110 ?C时，陶瓷样品获得了纯的类钙钛矿结构，且晶界清晰、气孔较少、致密性好、晶粒尺寸较大、晶粒饱满、平均晶粒尺寸在100 μm左右。此时，当测试频率为1 kHz时，陶瓷具有最佳的介电性能，其介电常数高达6.14×104，介电损耗为0.044；当测试频率为40 Hz ~ 105 Hz范围内，陶瓷均能获得巨介电常数，其介电常数都在6.0×104以上，介电损耗值都小于0.48。
其次，系统研究了固相法、NaCl熔盐法、CaCl2熔盐法和半化学法对CaCu3Ti4O12陶瓷显微结构、介电常数及介电损耗的影响。结果表明：固相法制备的CCTO陶瓷具有更大的晶粒，更清晰的晶界，晶粒排列紧密，致密性良好。在40 ~ 105 Hz频率范围内，固相法、NaCl熔盐法、半化学法制备CCTO陶瓷的介电常数都在104以上，尤其是固相法制备的CCTO陶瓷的介电常数高达6.0×104以上，而CaCl2熔盐法制备的CCTO陶瓷的介电常数最高值只有1.5×104。在-50 ~ 55 ?C温度范围内，10 kHz频率下，固相法制备的CCTO陶瓷的介电常数高达3.1×104，且它的介电损耗低于0.04，同时还具有良好的温度稳定性；而NaCl熔盐法、半化学法、CaCl2熔盐法制备的CCTO陶瓷的介电损耗分别高达至0.12、0.13、0.39。这表明了固相法制备CCTO陶瓷具有高的介电常数和低的介电损耗。
再次，系统地研究了Ti3+的含量对CCTO陶瓷相结构、显微结构、介电性能及阻抗谱的影响。结果表明：当x<4.00时，CaCu3TixO12出现了第二相（Cu2O）；当x≥4.00时，获得了纯相。根据SEM和EDX分析的结果发现，当x<4.00时，陶瓷晶界区域存在大量的富铜相（Cu2O）。随着Ti含量的增加，陶瓷晶界区域的铜变得越来越少，晶界变得越来越薄。当x=4.00时，形成具有晶界清晰且致密的CCTO陶瓷。阻抗谱分析发现，随着Ti含量的增加，陶瓷的晶粒电阻Rg和晶界电阻Rgb先减小后增加的趋势，当x=4.00时，Rg和Rgb最小。室温介电频谱发现，在40 Hz~105 Hz频率范围内陶瓷（x=4.00）的介电常数都在5.50×104以上；在1 kHz下陶瓷的介电性能为：εr=6.15×104，tanδ=0.044。
最后，系统地研究了Sr含量对Ca1?xSrxCu3Ti4O12陶瓷显微结构、介电常数及介电损耗的影响。当x = 0.10时，CSCTO陶瓷的晶粒尺寸达最大值。随着Sr含量的增加，CSCTO陶瓷的室温介电常数先增加后降低。当x = 0.10时，在40 Hz ~ 4.0×105 Hz频率范围内，CSCTO陶瓷具有高的介电常数和较低的介电损耗；在1 kHz下陶瓷的介电常数和介电损耗分别为71153、0.022；在1 kHz下，在?50 °C ~ 100 °C 温度范围内CSCTO (x = 0.10)陶瓷的介电常数大于65000，介电损耗低于0.05。同时，还系统地研究和比较了碱土金属（Mg、Ba、Sr）取代对Ca0.9A0.1Cu3Ti4O12陶瓷显微结构、介电常数及介电损耗的影响。研究表明，在40 Hz~105 kHz频率范围内，Ca0.9Sr0.1Cu3Ti4O12陶瓷比Ca0.9Mg0.1Cu3Ti4O12、Ca0.9Ba0.1Cu3Ti4O12、CaCu3Ti4O12陶瓷具有更大的晶粒、更薄的晶界、更高的介电常数以及低的介电损耗。
综上所述，利用固相法在预烧温度为900 ?C，烧结温度为1100 ?C条件下制备出了具有优良电性能的Ca0.9Sr0.1Cu3Ti4O12陶瓷。Ca0.9Sr0.1Cu3Ti4O12陶瓷具有最佳的介电性能。1 kHz下，比纯CCTO陶瓷相比较，其陶瓷的介电性能常数从6.15×104增加到7.12×104，介电损耗从0.044降低到0.022，达到降低陶瓷介电损耗的目的,为进一步研究降低CCTO陶瓷的介电损耗奠定了基础。