压电陶瓷在现代功能陶瓷中占有非常重要的地位,具有广泛的用途。但目前大规模使用的压电陶瓷材料主要是铅基压电陶瓷,主要是锆钛酸铅系及在其基础上掺杂改性的产品。它们的主要成分是PbO,PbO是一种有毒的物质,在烧结温度下,具有挥发性,除对人体、环境造成危害外,也使产品压电参数的一致性和重复性降低[1]。因此,研究和开发高性能的无铅压电陶瓷具有非常重要的社会和经济效益。 Sr2-xCaxNaNb5O15(简称SCNN)压电陶瓷因其具有较高的压电系数和较高居里点近年来很受关注,是很有应用潜力的一类无铅压电陶瓷。本文摸索了SCNN陶瓷的传统制备工艺,对SCNN压电陶瓷各组分的压电和介电性能进行了详细的研究,找到了其性能最佳的组分是x=0.14。陶瓷断口的SEM照片说明在该制备工艺下,晶粒生长均匀、致密。本文借助X射线衍射和Raman光谱研究了其相结构,发现Ca2+替代Sr2+引起了晶体的晶格畸变,从而导致了该体系的物理性能的提高。而且其物理性能和掺入的Ca2+的比例密切相关。利用单轴向压制备了SCNN陶瓷的柱状烧结体,对柱体进行了不同方向的切割,研究了其各向异性,结果表明平行压力轴方向的切割片无论介电性能,还是压电性能都明显高于常规的薄片和垂直压力轴的切割片,压电性能可提高近一倍。在不改变制备工艺的前提下,找到了一种提高其物理性能的简单实用的途径。对不同切型的SCNN陶瓷样品做X射线衍射实验分析,表明平行压力轴方向晶粒有取向生长的特点,从而导致了其物理性能的各向异性。 本文的研究,将对新型压电陶瓷材料的研究开发和应用提供实验依据,对压电材料在工程技术方面上的应用也有一定意义,并将对社会的经济建设产生积极的作用。