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压电陶瓷在传感器、换能器以及储能设备等领域应用广泛,是一类重要的高技术新材料。传统压电陶瓷含有铅元素,易对人体及环境造成伤害和污染。为满足环境协调发展要求,开发出高性能的无铅压电材料成为一个亟待解决的技术难题。本论文以钛酸铋钠-钛酸钡(简称BNT-BT)无铅压电陶瓷为研究对象,在模板晶粒生长技术(简称TGG)的基础上,提出以陶瓷注射成型(简称CIM)技术制备BNT-BT陶瓷坯体,同时引入外加电场制备BNT-BT无铅压电陶瓷,从而提高陶瓷压电性能。本研究对开发性能更加优异的无铅压电陶瓷具有参考价值和一定的理论指导意义。主要研究内容及结果如下:(1)采用两步熔盐法制备模板BT晶粒。熔盐体系为NaCl熔盐,研究了熔盐含量和合成温度对BT晶粒的物相结构及微观形貌的影响。结果表明,熔盐含量过高或过低都会影响晶粒的发育和生长。当熔盐含量为1:1时可获得相结构单一且微观形貌优异的BT晶粒。温度过高时,BT模板粉体会生成棒状晶粒。温度过低时,会导致晶粒发育不完全,尺寸差异大。但温度的改变不会使生成物的物相结构发生变化。研究发现片状BT模板颗粒在熔盐中的生长是“溶解-再结晶”的过程。过量Ba2+的加入使得前驱体Ba4Ti13030分解,从而进一步反应生长为BT模板晶粒。其较为理想的制备条件为:以NaCl为熔盐,熔盐与反应物的质量比为1:1,合成温度为1050℃,保温时间3h。(2)采用TGG法制备BNT-BT无铅压电陶瓷。研究了合成工艺对陶瓷在准同型相界(MPB)区域的物相、微观形貌及压电、介电性能。结果表明:预烧温度、合成温度及保温时间的变化均未对BNT-BT的相结构产生较大变化,但随着预烧温度和合成温度的升高,BNT-BT陶瓷中四方相所占比例增加;保温时间的延长反而使得四方相含量逐渐降低。另外,随着合成温度和保温时间的升高,陶瓷样品的压电常数及介电常数均呈现先增加后减低的变化趋势。在700℃～900℃预烧温度下,陶瓷的致密性逐渐增加,压电常数及介电常数也随之升高。温度及保温时间的变化对BNT-BT陶瓷弥散弛豫铁电体的特征并没有产生明显的变化。因此对于BNT-BT陶瓷,当预烧温度为900℃、合成温度为1150℃,保温时间为2～4 h时具有最优的综合性能:d33=113 pC/N,kp=0.221,εr=831,tanδ=0.0255,密度ρ=5.83 g/cm3。(3)基于TGG法制备BNT-BT无铅压电陶瓷,采用CIM技术制备陶瓷坯体,研究了注射温度及注射压力对陶瓷坯体质量及陶瓷电性能的影响,确定最佳注射条件。期望通过CIM技术提高BNT-BT陶瓷的取向度,进而提高陶瓷压电性能。研究表明:注射温度及注射压力的提高,能够有效改善陶瓷坯体表面质量,提高陶瓷致密性,但对陶瓷在(001)方向的取向度影响并不大。随着注射温度和注射压力的提高,压电常数d33及介电常数εr均先变大后减小,此时的介电损耗tanδ保持较低水平。(4)基于CIM技术制备BNT-BT无铅压电陶瓷,在注射过程中引入电场,研究了电场强度对陶瓷电性能的影响。研究表明:随着电场强度的增大,d33不断增大。同一频率下,随着电场强度的增加,εr不断增加,tanδ保持稳定状态。所有的陶瓷样品具有较高的居里温度(Tc=299℃～324℃)。0～5 KV/mm电场强度下样品的介温曲线显示,样品呈现弛豫弥散相变特性。研究发现,施加电场可以改善陶瓷体系的电学性能。当电场强度为5 KV/mm时,陶瓷样品有最好的压电性能:d33=156 pC/N,kp=22.04%。