● 摘要
压电陶瓷材料是一种可实现机械能与电能互相转换的功能材料，广泛的应用于军事、商业和医疗等技术领域。为了保护环境和人类社会的健康发展，开发无铅压电陶瓷材料来取代铅基压电陶瓷材料，已成为陶瓷材料研究的主要趋势。
(K,Na)NbO3（简称KNN）基无铅压电陶瓷因具有高的压电性、铁电性、居里温度等特点，成为压电材料领域的研究热点。
本文选用[(K0.458Na0.542)0.96Li0.04] (Nb0.85Ta0.15)O3（简称KNLNT）体系作为研究对象，进行球磨工艺和掺杂改性的研究工作，优化工艺参数，获得致密陶瓷，得到综合性能优良的KNLNT基陶瓷，为压电器件的无铅化提供候选材料。主要内容如下：
(1) 研究球磨时间和磨球尺寸对KNLNT基无铅陶瓷相结构、密度、显微结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响。采用φ5+φ10尺寸磨球和球磨时间16 h时，所得球磨粉料粒径达到了微米级别，预烧粉体及陶瓷样品为纯的钙钛矿结构，且陶瓷晶粒发育较好，尺寸均匀，样品的表观密度达到最大值，此时所得的陶瓷具有最佳的综合电学性能，分别为 d33 = 231 pC/N、Kp = 0.47、Ec= 1.08 kV/mm和Pr = 25.54 mC/cm2。
(2) 为了进一步提高KNLNT基陶瓷的综合性能，通过在KNLNT基体压电陶瓷中加入BiFeO3，获得陶瓷的最佳的制备工艺是预烧条件850 ℃/9h，烧结条件1130 ℃/3.5 h。随着BiFeO3含量的增加，陶瓷由四方相变为伪立方相。随着BF含量的增加陶瓷晶粒不断的减小。 随着BiFeO3含量的增加，致密性先增大后减小；当BiFeO3含量为0.004时，致密性最佳，其密度为4.65 g/cm3。随BiFeO3含量的增加，d33、Kp、Pr、Ec和应变量均先增大后减小；当BiFeO3含量为0.004时，综合性能最佳，其值为d33=261 pC/N、Kp = 0.58、Pr = 24.23 μC/cm2 、Ec = 2.3 kV/mm和应变量为902 mm。随BiFeO3含量的增大，Tc逐渐减小，同时To-t向低温区偏移，有利于提高其陶瓷的稳定性；当BiFeO3含量为0.004时，温度稳定性和时间稳定性均最佳，温度稳定性系数和时间稳定性系数分别是5.6% 和4.97%。
(3)为了进一步改善0.996KNLNT-0.004BF基陶瓷的综合性能，通过在0.996KNLNT-0.004BF基体压电陶瓷中加入LiBiO2，陶瓷的最佳的制备工艺是预烧条件850 ℃/9 h，烧结条件1150 ℃/3.5 h。随着LB含量的增加陶瓷由四方相变为伪立方相。 随着LiBiO2含量的增加，密度、d33、Kp 和应变量先增大后减小；当LiBiO2含量为0.2wt.%时最佳，其值为4.62 g/cm3、d33 = 254 pC/N、Kp = 0.5和应变量1476 μm。随LiBiO2含量的增大，Tc和εr降低，介电峰变宽。当温度小于80 ℃时，少量的LiBiO2有利于提高0.996KNLNT-0.004BF基陶瓷的温度稳定性。当LiBiO2含量为0.2wt.%时，陶瓷材料的综合性能最佳，其值分别为：d33=254 pC/N、Kp = 0.54、εr =1040、Pr = 22.76 μC/cm2、Ec = 1.48 kV/mm和应变量1476 μm。
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关键词：KNLNT陶瓷，压电性能，介电性能，铁电性能，温度稳定性
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