压电陶瓷因其具备压电效应,是一类珍贵且稀缺的功能材料,广泛应用于多个高科技领域。由此,压电陶瓷成为各国争相研究的热点话题。然而,占据主导地位的是含有大量有毒铅的锆钛酸铅（简称PZT）基陶瓷,在生产和使用过程中会产生大量的有害物质,对生态环境和身体健康造成严重的危害。从人类的健康和环境的可持续发展出发,很多国家和地区相继出台了相关的法律法规来限制含铅等有害物质的产品使用。因此,研究环境友好型的无铅压电陶瓷成为具有重大社会经济意义与现实意义的课题。经过科研工作者20多年的不懈努力,在几大无铅压电陶瓷体系中,铌酸钾钠（简称KNN）基陶瓷因其适度的压电性能(d33=80-120 pC/N)、高居里温度（Tc=410℃）和较低的烧结温度而被认为是最有希望取代含铅PZT陶瓷的候选材料之一。近几年,通过相界构建、离子掺杂改性等途径,对KNN基陶瓷的研究取得了一定的成绩。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,以“设计具有多种优异性能的KNN基陶瓷新体系”为目标。通过离子掺杂、相界构建等手段,获得具有优异压电性能、高机械性能的KNN基陶瓷,使得本论文最终设计的KNN基陶瓷体系拥有更为广阔的、多样化的实用范围。主要研究内容具体如下:1、在KNN基体中引入不同含量的Sb离子,并以0.4%Fe2O3作为助燃剂,制备KNNSx-BNZS-Fe陶瓷体系。系统地研究Sb5+含量的变化对陶瓷微观结构、相结构及电学性能的影响机理,更好地优化KNN基陶瓷材料的压电性能(d33～393 pC/N)。2、在KNN基体中添加不同含量的BiFeO3化合物,设计与制备KNNS-BNZS-xBF陶瓷体系。综合分析这些陶瓷的相结构、微观结构和电学性能,探讨温度场与电场影响陶瓷性能稳定性的内在机理,揭示高压电性能产生的微观机理以及畴变动力学的物理机制,进一步优化KNN基陶瓷材料的压电性能(d33～470 pC/N)。3、根据实际工程运用情况,探索离子掺杂对KNNS-BNZS-xBF陶瓷在纳米压痕下与维氏压痕下力学行为的影响,揭示不同载荷作用下的压痕尺寸效应,明确影响压痕尺寸效应的微观机理,分析电极化作用下的机械变形与裂纹扩展行为,阐明极化效应对陶瓷材料的增韧机制。