随着人类环保意识的增强,传统锆钛酸铅类陶瓷因其在生产及使用过程中给人类和环境造成的破坏,使得研究和开发无铅压电陶瓷成为一项迫切的、具有重大社会和经济意义的课题。铋层状无铅压电陶瓷因其具有高居里温度,机电耦合系数各向异性大,机械品质因数较高,谐振频率的时间稳定性和温度稳定性较好等特点,被认为是无铅压电陶瓷领域里最有希望的陶瓷材料之一。铋层状结构压电陶瓷其压电性能相对较差,可以通过掺杂改性及热处理等措施提高其性能。1、根据正交实验结果得到最佳极化条件为:极化温度30°C,极化电压1.5 kV/mm,极化时间为5min。最佳处理工艺:成型压力为100MPa,预处理温度750°C,烧结温度1020°C,铋过量为10wt%。在该工艺条件下BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷样品的压电常数d₃₃=4.4pC/N。2、Mn、Mg、Sr、La元素在A位取代后的BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷晶体晶粒发育比较均匀,晶粒主要呈现片状结构,孔洞率较低。掺杂后形成的陶瓷样品均已形成层状钙钛矿结构,微量元素的引入对陶瓷的层状结构没有构成破坏,但由于离子半径的差异导致陶瓷粉末XRD特征衍射峰有略微的偏移。当Mn的掺入量x=0.04时,获得最大的相对介电常数ε_r=764.26（1KHz）和较小的介质损耗tanδ=0.006647（1KHz）,当x=0.06时获得最大的压电常数d₃₃=9.5pC/N。当Mg的掺入量x=0.02时,获得较大的相对介电常数ε_r=228.52（1KHz）,当x=0.04时获得最大的压电常数d₃₃=5.5pC/N。当Sr的掺入量x=0.02时,获得较大的相对介电常数ε_r=260.16（1KHz）,当x=0.04,0.06时均获得最大的压电常数d₃₃=7.9pC/N。当La的掺杂量x=0.08时,陶瓷的相对介电常数最大ε_r=318.20（1KHz）,压电常数最大为d₃₃=9.3pC/N。3、在复结构陶瓷中均形成了层状结构的钙钛矿相,没有出现焦绿石等其他杂相,晶粒主要以层状为主,且随着引入量得增加,晶粒发育较完善,晶粒间的空隙减小。在（1-X）BaBi₄Ti₄O₁₅-XMnBi₄Ti₄O₁₅系列陶瓷中,当X=0.6时相对介电常数最大为823.16（1KHz）,当X=0.4时,介质损耗为0.0066（1KHz）,压电常数最大为8.3 pC/N;在（1-X）BaBi₄Ti₄O₁₅-XMgBi₄Ti₄O₁₅系列陶瓷中,当X=0.4时相对介电常数最大为551.88（1KHz）,X=0.2时压电常数最大为7.6 pC/N;在（1-X）BaBi₄Ti₄O₁₅-XSrBi₄Ti₄O₁₅系列陶瓷中,当X=0.6时相对介电常数最大为224.28（1KHz）,当X=0.2时压电常数最大为7.0 pC/N。4、通过维氏硬度测试发现:BaBi₄Ti₄O₁₅陶瓷的硬度为2.8GPa,当Mn元素引入量x为0.08时维氏硬度为3.82GPa;当Mg元素引入量x=0.06时,陶瓷的维氏硬度为5.74GPa;当Sr元素引入量为0.06时,陶瓷的维氏硬度最高为2.58GPa,当La元素引入量为0.08时,陶瓷维氏硬度为3.30GPa。对于复结构陶瓷:0.2BaBi₄Ti₄O₁₅-0.8MnBi₄Ti₄O₁₅陶瓷样品的维氏硬度最高为4.03GPa;0.8BaBi₄Ti₄O₁₅-0.2MgBi₄Ti₄O₁₅陶瓷的维氏硬度最高为1.45GPa ;0.8BaBi₄Ti₄O₁₅-0.2SrBi₄Ti₄O₁₅陶瓷样品的维氏硬度最高为4.27GPa。