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压电陶瓷由于其成本低性能好,已经被运用到了从工业生产到人民生活的各个领域。随着人们环保意识的增强,无铅压电陶瓷的研究必将成为未来的发展方向。本文通过对(K,Na)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷的掺杂改性、极化行为和气氛烧结的研究,深入分析压电陶瓷内部结构与电性能的关系,以此作为指导,制备高性能的无铅压电陶瓷。首先,通过调控不同CaZrO3(CZ)掺杂含量得到KNN基压电陶瓷((1-x)(Na0.49K0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)O3(KNNLT)-xCaZrO3),在掺杂量为 5mol%(CZ5)时得到了最高压电常数d33为344pC/N的压电陶瓷,其高性能主要是因为O-T相的相转变温度接近室温,而两相共存能促进畴翻转。之后对细微组分的CaZrO3掺杂的样品进行研究,发现CaZrO3掺杂的压电陶瓷在一定配比范围内都显示出高性能,有效保证了此体系高性能的稳定性与重复性。之后,通过对同一个CZ5样品在不同条件下极化后进行一系列的测试分析,发现与Pb(Zr,Ti)O3(PZT)含铅压电陶瓷不同的是,它可以在较小的电场较短的时间内接近最终的极化状态,这得益于它较小的c/a比。同时,除了通过畴的定向排列产生的正效应,空间电荷作为负效应阻碍极化进行的结论同样得到了印证。同时,对比不同缺陷的陶瓷在同样极化条件下达到的极化状态,也可验证(K,Na)NbO3基无铅压电陶瓷的极化是正负效应共同作用的结果。为了减弱极化中的负效应,对CZ5进行氧气烧结,得到压电常数d33为390pC/N的压电陶瓷,发现氧气烧结是提高陶瓷压电常数的有效手段,和上节研究的极化机理结合分析发现,氧气烧结样品的高性能主要得益于其极化程度较高,这是因为陶瓷中的氧空位含量降低,因空间电荷聚集对畴壁产生的钉扎作用减弱,负效应减弱极化进行程度相对较高的缘故。同时,发现氧气烧结样品具有很好的温度稳定性,其样品的压电常数在145℃时还能保持在室温的90%,这是因为剩余极化强度Pr的降低,一定程度上抵消了最大极化强度Pmax的降低。