具有高的压电和介电性能的锆钛酸铅(PZT)陶瓷,由于静水压优值(HFOM)较低、声阻抗(Z)较大,因而在声学换能器和医疗成像诊断设备方面的应用受到了限制。单一体系的压电材料难以满足优异的综合性能以及多领域应用的需求,引入空气相的多孔压电陶瓷或者与第二相材料结合的压电复合材料,因其密度低,HFOM高、Z值低而受到更多的关注。两相压电复合材料依据各相的存在维度有多种复合模式,如3–0型、0–3型、1–3型、3–3型和2–2型已经得到了广泛的研究,而3–1型的多孔结构及其复合材料研究较少,还需要深入系统的探索。本文基于已有的冷冻-浇注成型工艺的工作基础,通过调整不同的初始固含量和冷冻温度,制备了具有不同孔径大小和孔壁厚度的3–1型多孔PZT陶瓷,总结了制备工艺参数对孔结构的调控。进而研究了压电性能与孔结构的关系,发现压电系数具有随着孔径和壁厚的同时减小而逐渐增加的趋势。并且当PZT体积分数超过一定值时,此多孔陶瓷具有比致密陶瓷更高的压电系数和相近的铁电性能。根据对样品不同截面晶粒取向测定以及电畴结构观察,提出了超高的压电性能的出现是由于PZT陶瓷沿直通孔方向一定程度的取向生长以及小尺寸电畴效应。在此具有优异压电性能的多孔PZT陶瓷的基础上,制备了多种3–1型复合材料。采用涂覆浸渍法向直通孔中填充环氧树脂(Epoxy)制备的3–1型PZT/Epoxy压电复合材料,具有比已经商业化的1–3型压电复合材料优异的声学性能和良好的机械强度;热压法制备的3–1型PZT/聚偏二氟乙烯(PVDF)复合材料则在此基础上对压电性能又有所改善;而以钴铁氧体(CFO)为第二相的3–1型PZT/CFO复合材料具有明显的磁电效应,为这一复合结构开辟了新的应用方向。此外,随着压电陶瓷无铅化的发展趋势,本文也采用冷冻-浇注成型工艺和两步烧结法制备了3–1型多孔结构的细晶钛酸钡(BT)陶瓷。由于这一特殊的直通孔结构以及通过对烧结参数的调整,BT陶瓷表现出与铅基多孔压电陶瓷可比拟的介电和压电性能,其纵向压电系数(d33)在气孔率约为65%时仍可达到303 pC/N。这一结果一方面对前面的研究结果——3–1型多孔结构有利于陶瓷压电性能的提高——给予了肯定性的验证,同时也为无铅化压电陶瓷的研究方向提供了新的思路。