题目：热处理和掺杂对CaTiO3微波介质陶瓷电导和损耗的影响

本论文选取具有钙钛矿结构的CaTiO3介质陶瓷材料作为研究钛酸盐基材料中缺陷对微波介电性质影响的模型材料。通过淬火/退火处理、不同气氛处理和离子掺杂等方法改变CaTiO3陶瓷中的本征缺陷和非本征缺陷的种类和浓度，用交流阻抗谱表征缺陷变化引起的低频范围（5 – 106 Hz）材料电导的变化，并用微波介质谐振腔技术表征微波（~109 Hz）下的介电性能（介电常数和介电损耗）的变化，研究材料的缺陷、电导和微波介电损耗之间的关系。综合缺陷、电导、结构和微波介电性能的变化分析了CaTiO3 中缺陷对介电性能的作用机理，为改善钛酸盐基微波介质陶瓷材料的介电性能提供思路。主要研究结果总结如下：

1、CaTiO3陶瓷的阻抗谱数据指出，该体系中存在晶粒和晶粒间界的阻抗响应，且晶粒间界的响应远远大于晶粒的响应， 同时晶粒的电容值约为10-11 F·cm-1，而晶粒间界的电容值约为10-9 F·cm-1。

2、测量不同气氛下CaTiO3陶瓷的电导。缺陷分析指出，钙空位和h•是材料中的主要缺陷。在氧分压较低的气氛中（如氩气），缺陷平衡倾向于向着缺陷减少的方向移动，从而使缺陷减少，电导降低；而在氧分压较高的气氛中（如氧气），缺陷反应平衡向着缺陷增多的方向移动，从而使缺陷增多，电导增大。在升温电导测量过程中，CaTiO3陶瓷样品保留了较多的高温烧结时的缺陷，所以具有较高的电导。而降温电导测量对应一个缓慢降温过程。在这个过程中，缺陷反应更接近于平衡，从而消除了较多的缺陷，所以降温测量中，样品具有低的电导。与我们组前期研究的其它钛酸盐基材料相比，在CaTiO3材料中，达到缺陷反应平衡的速率较快，因而低温下“冻结”在晶格中的缺陷较少，故升温电导与降温电导在数值上相差较小。

3、对CaTiO3陶瓷进行退火和淬火热处理，可以明显地改变陶瓷材料的介电损耗；而不同的气氛处理对介电损耗没有明显影响。退火处理是一种有效地提高CaTiO3陶瓷的品质因子的方法，而淬火处理则使得CaTiO3陶瓷的品质因子降低。我们认为这种差别可能是由残余热应力导致的。
4、利用K+对CaTiO3陶瓷进行A位非等价掺杂。随着K+含量的增加，电导先下降后升高。这可以理解为，当掺杂浓度较低时，K+离子会优先以填补金属空位的方式进入晶格。由于形成的缺陷有复合空穴的倾向，这样减小了材料中载流子浓度，使电导下降；当掺杂量增加，材料中引入了更多的缺陷和空穴，导致了电导的升高。