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随着电子产品微型化、集成化的发展,巨介电材料得到广泛的关注。近几年来,大量有关TiO2基陶瓷的掺杂研究的报道,发现掺杂TiO2基陶瓷的介电常数高(>104),温度稳定性与频率稳定性良好,且介电损耗低(<5%),其在电容器等领域具有广泛的应用前景。本论文基于同族元素(V,Nb,Ta)不同离子半径掺杂的思想,通过引入 Mg2+/Nb5+共掺 TiO2,制备(MgwNb2/3)xTi1-xO2(简称 MNTO,x=0.005,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)陶瓷;引入 Mg2+/Ta5+共掺 TiO2,制备(Mg1/3Ta2/3)xTi1-xO2(简称MTTO,x=0.005,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)陶瓷;引入 Mg2+/V5+共掺 TiO2,制备(Mg1/3V2/3)xTi1-xO2(简称MVTO,x=0.005,0.01)陶瓷。通过改变共掺元素的掺杂量,期望改变陶瓷材料内部的缺陷复合体浓度,从而获取介电性能优异的陶瓷样品。同时,对Mg2+/V5+共掺TiO2基介电陶瓷采用放电等离子体烧结技术,研究不同烧结工艺对TiO2基陶瓷介电性能影响。主要得到了以下结论:1.系统研究了 MNTO,MTTO,MVTO陶瓷的烧结工艺,结论是:MNTO,MTTO陶瓷预烧温度为1 100℃,保温3h,烧结温度为1400℃,保温20h;MVTO陶瓷预烧温度为1050℃,保温3h,烧结温度为1400℃,保温10h。2.采用传统固相法成功制备MNTO,MTTO,MVTO陶瓷材料,样品均显示高介电常数,随着掺杂量的增加,样品介电常数增加,介电损耗降低,频率稳定性增强。当掺杂量为x=0.01时,MNTO陶瓷材料获得最佳的介电性能:10 kHz下,材料的相对介电常数￡r=12961,介电损耗tanδ=0.076。在-150℃至150℃温度范围陶瓷材料的△C/C25℃约为-1.3%～8.1%,具有较优异的温度稳定性。当掺杂量为x=0.01时,MTTO陶瓷材料的相对介电性能最佳:10 kHz下,材料的相对介电常数ε=17286,介电损耗tanδ=0.029。在-150℃至150℃温度范围MTTO陶瓷材料的△C/C25℃约为-1.3%～8.0%,具有较优异的温度稳定性。当掺杂量为x=0.01时,MVTO陶瓷材料的相对介电性能最佳:10 kHz下,相对介电常数εr=6301,介电损耗tanδ=0.029。3.成功制备了(Mg1/3M2/3)0.01Ti0.99O2(M=V,Nb,Ta)陶瓷材料,样品均表现巨介电性(>5000),且随着离子半径的增加材料的低频(<100kHz)介电损耗降低,且频率稳定性增强。(Mg1/3Ta2/3)0.01Ti0.99O2陶瓷材料相对介电性能最佳:10kHz下,介电常数￡r=17286,介电损耗tanδ=0.029。同时根据材料XPS结果分析可知,不同离子半径元素掺杂并未明显改变Ti4+/Ti3+的比例,因此(Mg1/3M2/3)xTi1-xO2(M=V,Nb,Ta)陶瓷介电性能的差异性可能由于掺杂离子半径的增大使得陶瓷材料的晶格发生改变,造成非本征缺陷的形成,进而影响材料介电性能。进一步分析XPS结果可知,不同离子半径(Mg1/3M2/3)0.01Ti0.99O2(M=V,Nb,Ta)陶瓷材料中可能存在缺陷复合体:MgTi→TaTi、MgTi→Vo←TiTi等。因此,可以推断(Mg1/3M2/3)0.01Ti0.99O2(M=V,Nb,Ta)陶瓷材料的巨介电响应的机理主要为电子钉扎的缺陷偶极子效应(EPDD)。4.采用放电等离子体烧结技术成功制备Mg2+/V5+共掺(Mg1/3V2/3)xTi1-xO2(x=0.005,0.01)陶瓷材料,获得较好的耐击穿场强(>100kV/cm)性能,以及较好的剩余极化强度。放电等离子体烧结获得(Mg1/3V2/3)0.01Ti0.99O2陶瓷材料,10kHz下材料介电常数在1000以上,介电损耗小于5‰,保留了材料巨介电性的同时,MVTO陶瓷材料的耐击穿场强提高到110kV/cm。