压电陶瓷是一类非常重要的功能性材料,在航天、新能源、交通运输和国防工业等众多国民经济领域有着广泛应用。随着现代科学技术的发展,压电陶瓷的应用范围更加广泛,所以人们对其应用温度的要求也越来越高。比如超声应用中的大功率超声换能器、超声焊接,核反应堆中的高温定位探测器,石油探测领域中的高温探头,高级汽车电喷系统中的喷油器等核心器件都必须选用高居里温度的压电陶瓷材料。然而,传统的压电陶瓷为:锆钛酸铅((Pb(Zr,Ti)O3,后面简称PZT)压电陶瓷,PZT材料的居里温度较低(~360℃),这就大大限制了其在特殊环境的使用。所以,国内外众多研究者和学者,一直在探索具有高的,居里温度的压电材料和优异性能的压电材料。而且,当前的高温压电器件多使用成本和消费昂贵的压电单晶材料,如:LiNbO3、GaPO4、AIN等,但这些单晶材料生产工艺复杂、制造成本较高、压电活性又相对较弱。因此,开发出能够同时具备优异性能和高的居里温度的压电陶瓷材料,是非常紧迫的且有必要的。根据当前的技术和研究进展,高温压电陶瓷主要分为:钨青铜型、钙钛矿型和铋层状结构压电陶瓷。其中,铋层状结构压电陶瓷具有较低的介电损耗和老化率、较高的居里温度以及高的高温电阻率、易烧结、成本较低等优点,在高温高频领域具有较好的研究和应用前景。本论文研究的Bi3TiTaO9基压电陶瓷即为铋层状压电陶瓷的一种,其有较高的居里温度:871℃,但是其压电活性较差,d33仅4.4pC/N(文献报道)。为了使Bi3TiTaO9有应用价值,就需要在居里温度改变不大的前提下提高其压电系数。提升材料的压电活性一般从改善制备工艺和掺杂改性两方面入手,因改善制备工艺需要的成本较高,操作比较复杂,制作时间周期较长,所以本文采用掺杂改性的实验方法,提升材料的性能。本论文以Bi3TiTaO9为基体,研究了 A、B位离子掺杂改性对Bi3TiTaO9陶瓷的微观形貌、介电、压电及铁电性能的影响。(1)分别进行 A 位掺杂 La、Ce 元素,制备了 Bi3-xLaxTiTaO9(x=0.00~0.20)、Bi3-xCexTiTaO9(x=0.00~0.06)陶瓷,分别研究了 La元素掺杂和Ce元素掺杂对陶瓷的微观形貌、介电、压电和铁电性能的影响。其中,La掺杂量x=0.10时,可以将压电系数最高提高至11.2 pC/N,居里温度为821℃,介电损耗仅为0.16%;Ce掺杂量x=0.04时可以将压电系数最高提高至14.9 pC/N,居里温度仍在851℃以上,介电损耗仅为0.29%;(2)分别进行 B 位掺杂 Cr、W、Mo 元素,制备了Bi3Ti1-xCrxTaO9(x=0.00~0.06)、Bi3Ti1-xWxTaO9(x=0.00~0.06)、Bi3Ti1-xMoxTaO9(x=0.00~0.06)陶瓷,分别研究了Cr元素掺杂、W元素掺杂和Mo元素掺杂对陶瓷的微观形貌、介电、压电及铁电性能的影响。其中,Cr掺杂量x=0.02时可以将压电系数最高提高至16.3 pC/N,居里温度提高至882℃,介电损耗仅为0.21%,500℃时电阻率高达5.09×105Ω·cm;W掺杂量x=0.03时可以将压电系数最高提高至13.7 pC/N,居里温度提高至883℃,介电损耗仅为0.51%,500℃时电阻率高达3.66×107Ω·cm;Mo掺杂量x=0.03时可以将压电系数最高提高至11.0 pC/N,居里温度提高至893℃,介电损耗仅为0.50%,500℃时电阻率高达 2.45×107Ω·cm;(3)分别进行B位混合价态离子双掺(W/Cr、Mo/Cr),制备了Bi3Ti1-x(Cr2/3W1/3)xTaO9(x=0.00~0.10)、Bi3Ti1-x(Cr2/3Mo1/3)xTaO9(x=0.00~0.08)陶瓷,B 位混合价态掺杂可以达到B位单掺的效果,且可以获得更高的电阻率;其中W/Cr掺杂量x=0.06时可以将压电系数最高提高至17.5 pC/N,居里温度为874℃,介电损耗仅为0.17%,500℃时电阻率高达5.13×106Ω·cm;Mo/Cr掺杂量x=0.04时可以将压电系数最高提高至17.4 pC/N,居里温度为876℃,介电损耗仅为0.46%,500℃时电阻率高达3.31×106Ω·cm。