在目前研究的无铅压电陶瓷体系中,铌酸钾钠(K0.5Na0.5NbO3,简称KNN)基陶瓷由于其较高的压电性能和居里温度成为无铅压电陶瓷研究的热点。目前对于KNN基陶瓷的研究主要包括添加第二组元、离子取代、添加烧结助剂、改善烧结工艺等。大量的研究通过对KNN陶瓷掺入Li+、Ba2+、Sr2+、Ta5+等元素对其ABO3型钙钛矿结构中A位和B位进行离子取代,改变陶瓷的晶格常数,诱导其产生相变,形成多晶型相变结构(PPT),将KNN陶瓷的三方-正交相变点或正交-四方相变点控制在室温附近,以提高陶瓷在室温下的压电性能。但是由于PPT结构不具有温度稳定性,在温度高于室温时陶瓷的压电性能迅速下降。因此,在KNN陶瓷体系中形成类似于PZT陶瓷中的垂直于组分轴的MPB结构成为同时提高陶瓷的压电性能和温度稳定性的有效途径,但是目前尚未见到相关报道。 本文通过对铌酸钾钠((K0.5Na0.5)NbO3,简称KNN)陶瓷掺入锆酸钡(BaZrO3,简称BZ)和镁钛酸铋(Bi(Mg0.5Ti0.5)O3,简称BMT),建立KNN基三元无铅压电陶瓷体系,通过调节体系中组分的比例,制备出了垂直度较高的MPB结构,并对陶瓷进行了一系列结构和电学性能的研究。获得的主要成果如下:⑴采用固相反应法制备出了BZ-KNLN-BMT三元无铅压电陶瓷,烧结温度在1170℃到1195℃范围。制备出了具有高温稳定的MPB结构陶瓷,组分为BZ-KNLN-BMT/7-92-1。陶瓷相变温度为160℃,可以于PZT陶瓷相媲美。陶瓷成瓷良好,气孔率低,烧结性能较好。⑵对BZ-KNLN-BMT三元无铅压电陶瓷进行电学性能测试,具有垂直MPB结构的BZ-KNLN-BMT/7-92-1陶瓷居里温度为270℃,组分为BZ-KNLN-BMT/6-93-1的陶瓷具有最优异的电学性能:压电常数d33=225 pC/N,kp=40.5%,室温εr=1600,tanδ=0.04。变温kp测试发现该陶瓷随温度升高到200℃后kp下降率为16%,低于目前的PPT结构陶瓷。抗热老化测试中陶瓷的d33和kp值在150℃高温时下降率为12.5%。⑶对BZ-KNLN-BMT三元无铅压电陶瓷进行了介温性能的研究,随着KNLN含量的增加,陶瓷的居里温度逐渐增大。具有高温稳定的MPB结构的BZ-KNLN-BMT/7-92-1陶瓷具有最大的室温位移,为0.6‰。随着温度升高陶瓷的位移逐渐增大,温度升到200℃时,陶瓷位移达到最大,为2‰。