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近些年来,铅基压电陶瓷在电子元器件和通信技术等领域得到了很好地应用,但是,铅基压电陶瓷中的铅元素对自然环境和人类健康产生有害影响,所以迫使无铅压电陶瓷必须取代铅基陶瓷材料的应用。在无铅压电陶瓷中存在Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)与BaTiO3(BT)基陶瓷这两种有望取代铅基陶瓷的候选材料,BNT基陶瓷一般在高场应变性能很好,但是其矫顽场比较高,BT基陶瓷在弱场下具有优秀压电性能,并且矫顽场比较低。对此,本文主要研究对象为BNT和BaSn0.11Ti0.89O3(BST)基无铅压电陶瓷,系统研究了这两类陶瓷材料在微观结构形貌和电学性能等方面情况,主要内容与结果如下:(1)BNT-xBT(x=0、0.06、0.07、0.075、0.08 和 0.088)陶瓷通过传统固相合成法制备,XRD图谱和Raman光谱表明了陶瓷样品在室温下从伪立方相(x=0)向四方相(x≥0.075)转变,并且在0.06 ≤ x ≤ 0.07范围内存在三方和四方两相共存。陶瓷晶粒尺寸大小在x≤0.07减小,在x>0.07增大。在介电性能分析中,随BT含量增加陶瓷的居里温度向低温移动,最大介电常数增大和介电弥散程度增大。在x=0.06处陶瓷获得最大剩余极化强度为Pr=42.6 μC/cm2。在x=0.07处的陶瓷获得最佳压电性能:初始循环电场下高压电系数d33*=～20534 pm/V;最大原位压电系数和最大室温压电系数分别为223 pC/N和160 pC/N。最后利用瑞利法则分析压电性能,揭示了两相共存结构会增强陶瓷非本征贡献对压电性能作用,四方相结构压电陶瓷的压电性能的本征贡献比较大。(2)Co 掺杂 BST+xCo2O3(BST+xCo,x=0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和 0.9%)陶瓷通过传统固相合成法制备,XRD图谱和Raman光谱表明了陶瓷结构在室温下从伪立方相(x=0)转变为四方相(0.1%≤x ≤ 0.3%),最后转变到伪立方相(0.5%≤x≤0.9%)。在SEM分析中,陶瓷晶粒尺寸随Co含量掺杂出现先增大后减小趋势,在x=0.1%处陶瓷平均晶粒尺寸最大为253.64 μm。在x=0.1%处的BST+xCo陶瓷获得最佳电学性能:最大介电介电常数为4.49×104;最大极化强度为19.1μm/cm2;最大单极逆压电系数名=1570 pm/V(E=1.4 kV/cm);最大原位和最大非原位压电系数分别为726 pC/N和670 pC/N;最大偏电场逆压电系数d33max=1158 pm/V。此外,所有BST+xCo陶瓷具有良好电致伸缩效应,最大电致伸缩系数Q33=0.0336 m4C-2,并且随着的Co含量增大而陶瓷机械品质因数Qm先减小后增大(最大Qm=426)和介电弥散指数先减小后增大。(3)Cu 掺杂 BST+xCuO(BST+xCu,x=0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%)陶瓷通过传统固相合成法制备,通过XRD图谱表明了所有陶瓷均为四方相钙钛矿结构。SEM揭示了随着Cu含量的增加使得陶瓷晶粒生长受阻,过量Cu会让陶瓷晶粒之间出现孔隙。此外,研究发现了随着Cu含量增加使得陶瓷介电常数峰变尖锐(弥散特性降低),并且在保持居里温度稳定前提下提高了陶瓷介电性能。在Cu掺杂含量为0.8%时,BST+xCu陶瓷取得最佳电学性能:最大介电常数εmax=5.23×104;最大剩余极化强度Pr=10.53 μC/cm2;最低矫顽电场Ec=1.01 kV/cm;最大双极应变和最大单极应变分别为0.114%和0.116%;低电场(E=10 kV/cm)下获得最大的双极和单极逆压电系数分别为676 pm/V和808 pm/V;弱场最大压电系数和平面机电耦合系数分别为878 pC/N和0.562。通过瑞利法则分析了本征贡献与非本征贡献对陶瓷的单极应变影响,发现x=0.8%处陶瓷的高应变量主要以本征贡献为主导作用。(4)本文主要选择了 BNT和BST基无铅陶瓷材料来对比说明了结构与电学性能之间的联系。在BNT基陶瓷材料中具有两相共存结构导致了材料优异的电学性能,BST基陶瓷材料具有大尺寸晶粒结构使得电畴容易翻转导致对低电场敏感,并且表现出了优秀的弱场压电性能。因此,我们结合这两个陶瓷体系的各自特点为设计高性能的无铅压电陶瓷提出新思路。