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近年来,Ba(Ti1-xSnx)O3(BTSx)基无铅陶瓷以其优异的压电、介电和铁电性能,成为最有潜力取代铅基陶瓷的无铅体系之一,有望在压电致动器、铁电随机存储器、多层压电器件和电容器等领域获得广泛的应用。此外,据报道BTSx基陶瓷通过离子掺杂与PZT基陶瓷相比具有竞争性压电性。因此本文设计了 Ba(Ti0.92Sn0.08)O3(BTS0.08)为基本组元,采用传统电子陶瓷固相合成工艺分别制备了 A位Ca单掺杂、A位Li-Al及Li-Nb共掺杂BTS0.08无铅压电陶瓷来提高陶瓷的电性能。通过XRD、SEM、ROMAN等测试分析技术,系统的研究了 A位掺杂对BTS0.08无铅压电陶瓷体系微观形貌、相结构、介电性能、压电性能、铁电性能、电致伸缩效应以及介电可调性能的影响。(1)A位Ca单掺杂Ba1-xCax(Ti0.92Sn0.08)O3-0.5%Mn02(BCxTS0.08-M)陶瓷:通过常规固态反应方法制备具有组成(x=0.01、0.03、0.05、0.07、0.09)的体系。X射线衍射、拉曼衍射和铁电相图证实了室温下陶瓷由正交相(x≤0.03)向正交相和四方相共存(x=0.05)过渡再转变为四方相(x≥0.07)。Ca适量掺杂使BCxTS0.08-M陶瓷的弛豫性逐渐降低,样品的退极化温度几乎没有变化表明陶瓷良好的温度稳定性。BCxTS0.08-M陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp、单极应变Smax、逆压电系数d33*和偏场压电常数d33max均在x=0.05取得最佳值:d33=700pC/N,kp=0.497,Smax=0.054%@ 5kV/cm,d33*=1084pm/V@5kV/cm、d33max=1565 pm/V。这些结果表明低能垒对于畴极化翻转和延伸在正交-四方(O-T)两相共存区有利于提高压电性能。(2)A位Li-Al共掺杂Ba1-2xLixAlx(Ti0.92Sn0.08)O3-0.5%MnO2(BLxAxTS0.08-M)陶瓷:通过常规固态反应方法制备具有组成(x=0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)的体系。适量Li-Al掺杂增加了BLxAxTS0.08-M陶瓷的相对密度,但平均晶粒尺寸逐渐降低,通过X射线衍射和铁电相图证实了室温下成分(x=0-2.5%)为正交相。另外也可以通过调节小信号电压来获得最佳的偏场压电系数d33max和可观的介电可调效率ηr。BLxAxTS0.08-M陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp、剩余极化强度Pr、单极应变Smax、逆压电系数d33*、偏场压电系数d33max、介电可调效率ηr、品质因数FOM均在x=0.5%取得最佳值:d33= 620pC/N、kp=0.457、Smax=0.068%@5kV/cm、Pr=12.63μC/cm2、d33*=1360pm/V@ 5kV/cm、d33max=1003 pm/V、ηr= 96.91%、FOM=19.38。此外,在成分x=0.5%中也观察到具有良好的电致伸缩效应,并且大的电致伸缩系数Q33=0.034m4C-2在25℃～90℃温度范围内显示出优异的温度稳定性。(3)A位Li-Nb共掺杂Ba1-2xLiNb.x(Ti0.92Sn0.08)O3-0.5%MnO2(BLxNxTS0.08-M)陶瓷:通过常规固态反应方法制备具有组成(x=0、0.25%、0.50%、0.75%、1.20%)的体系。适量Li-Nb掺杂降低了BLxNxTS0.08-M陶瓷的平均晶粒尺寸,但相对密度和弛豫性略有增加,通过x射线衍射和铁电相图证实了室温下成分(x=0-1.20%)为正交相。BLxNxTS0.08-M陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp、剩余极化强度Pr、单极应变Smax和逆压电系数d33*、偏场压电系数d33max均在x=0.50%取得最佳值:d33=805pC/N、kp=0.519、Pr= 12.60μC/cm2、Smax=13%@ 30kV/cm、d33*=433 pm/V@30kV/cm、d33max=1620 pm/V。此外,在成分x=0.50%中也观察到具有良好的电致伸缩效应,并且大的电致伸缩系数O33=0.0355m4C-2在25℃～90℃温度范围内显示出优异的温度稳定性。