在信息技术快速发展的今天,压电陶瓷凭借其在电子学、光电子学等多个高科技领域的广泛且不可替代的应用,现已成为各国争相研究的热点,且随着相关领域的飞速发展及特殊的需求,使得压电陶瓷逐渐向无铅化、复合化、纳米化等多元方向发展。然而,当前大量使用的压电陶瓷仍然以PZT基压电陶瓷为主,这对当前开展人类可持续发展和强化环境保护的世界各国提出了挑战,但是在2000年后出现了质的转变,世界各国分别针对当前大量使用的传统PZT铅基压电陶瓷的使用制定了相关的法规,《电子信息产品污染防止管理办法》自2006年7月在我国也开始起效,并且我国也把无铅压电陶瓷的研究列入了最新的国家战略规划。针对近20多年的研究,在目前研究的几大无铅压电陶瓷体系中,铌酸钾钠基压电陶瓷具有很好的发展潜能,但是一直存在采用传统烧结技术难以获得致密陶瓷的缺点。本论文结合当前国内外KNN基无铅压电陶瓷相关的研究进展和自己前期的研究基础,一方面,通过离子取代获得改性新体系,另一方面,通过添加复合烧结助剂来改善制备技术,以此获得高性能、高致密性的KNN基无铅压电陶瓷。主要研究内容如下：1.通过改善KNN压电陶瓷的烧结性能,提高陶瓷的致密性,以便获得高性能新型无铅压电陶瓷。本项研究采用传统陶瓷制备工艺,在国内外首次以微量6%mol的LiSbO3作为添加剂,并以SrTiO3作为第二相对KNN压电陶瓷进行了改性,成功制备了6%mol LiSbO3掺杂改性的KNN-ST-x无铅压电陶瓷。XRD、 SEM等现代测试分析显示,KNN-ST-x (x= 2-10% mol)体系陶瓷所有样品均具有很高的致密性,并呈现出单一的钙钛矿结构的四方晶相,说明了少量的SrTiO3和LiSbO3的复合改性,能有效地提高KNN无铅压电陶瓷的致密性和电性能。特别是,当x=0.04时,以6%mol LiSbO3掺杂的压电陶瓷具有高的致密性和优秀的电学性能,其中：d33=267pC/N, kp=46%, εr-1168, tanδ=2.1%, Pf= 30.3μC/cm2, EC=1.98kV/mm。2.通过设计KNN压电陶瓷的新型相界,以此提高压电陶瓷的电学性能。本项研究首次提出,通过微量Ni离子的B位取代和第二组元SrTiO3的掺杂,对KNN陶瓷进行了复合改性。XRD、SEM等现代测试分析显示,微量的Ni离子的取代不但没有出现任何第二杂相,反而在整个研究范围内均能形成一个纯的钙钛矿结构,而且在0.02<x<0.06范围内,KNNN-ST-x体系陶瓷存在正交-四方的准同型相界(MPB),并因此在x=0.04时获得了高致密性的、高性能的压电陶瓷,其中：d33=243pC/N,kp=47%,ε4=1079,tanδ=2.3%Pr=26.4μC/cm2,EC=2.07kV/mm。这说明少量的Ni离子的B位取代和SrTiO3的同步掺入,可以增加KNN压电陶瓷的致密性、电性能和保证钙钛矿相的纯度,同时证明了建立新型相界是改善当前KNN压电陶瓷的有效手段之一。3.通过B位取代的措施,提高KNN压电陶瓷的烧结性能。本项研究采用传统陶瓷制备技术,首次以变量的Sn离子和Sb离子同时进行B位的取代,一个新型的、高性能的、高致密性的压电陶瓷KNNSS被成功制备。XRD、SEM等现代测试分析显示,KNNSS陶瓷在整个研究范围内均能形成一个纯的钙钛矿结构的正交相,并且适量Sn离子在B位的取代,能有效地增强液相烧结,促进晶粒均匀生长,提高陶瓷的致密性,有效地克服了因高温下K离子、Na离子的挥发的缺点。研究结果显示,在x=0.03时,KNNSS陶瓷呈现了一个优秀的电性能(d33=288pC/N,kp=48%,εr=1286, tanδ=2.9%, Pr=30.1μC/cm2,EC=1.01kV/mm, TC=419℃)。这说明在B位低价离子对Nb离子的取代,形成的适量氧空位有利于陶瓷的致密性及电性能的提高。4.通过A位和B位同时取代的措施,以此获得MPB新型相界。本项研究采用传统固相烧结技术,通过添加第二组元LiTaO3获得在A位和B位同时取代的效果。XRD、SEM等现代测试分析显示,适量的LiTaO3的取代,可以获得单一的钙钛矿结构,同时有效地促进了晶粒的生长,增加了陶瓷的致密性,大大改善了压电性能。特别是,在0.025<x<0.045时,压电陶瓷KNNSST-x出现了正交相-四方相共存的准同型相界,并在x=0.035时,获得了性能优良的的新型压电陶瓷KNNSST,其中：d33=348pC/N, kP=46%,εr=1316,tanδ=2.6%,Pr=25.8μC/cm2, EC=1.88kV/mm。5.通过添加助熔剂,实现低温烧结制备,以此来克服高温制备时存在钠、钾挥发的缺陷,从而达到提高KNN陶瓷的致密性和电性能的目的。本项研究采用传统固相烧结技术,添加适量的CuO作为助熔剂,成功制备了高致密性、高性能的无铅压电陶瓷KNNSC。XRD、SEM等现代测试分析显示,CuO的适量掺杂,在整个研究范围内均能形成单一的钙钛矿结构,没有发现任何第二杂相,并能促进晶粒均匀生长和改善陶瓷的烧结性能。6.低温烧结控制A位离子的高温挥发,以此获得陶瓷的优良物理性能。本项研究采用传统陶瓷制备技术,在国内外首次以CuO和Na2O作为复合添加剂,并在较低温度(1020℃)烧结条件下,成功制备了KNN基无铅压电陶瓷。XRD、 SEM等现代测试分析显示,以0.01molNa2O作为KNN压电陶瓷的A位补充时,KNANTC陶瓷在整个研究范围内均能形成一个纯的钙钛矿结构的四方相,并且采用适量CuO的掺杂能促进晶粒生长,提高陶瓷致密性,同时获得优良的电学性能。KNANTC压电铁电陶瓷的测试结果显示,在x=0.035时,呈现了一个优秀的电学性能,其中：d33=343pC/N, kP=49%,εr=1382, tanδ=1.1%, Pr=24.9μC/cm2, EC=1.92kV/mm,Tc=306℃。这些研究结果表明,KNANTC-x压电陶瓷是一种很有前途的无铅压电陶瓷,能在未来逐步取代传统PZT基压电陶瓷在中低端的应用。