压电陶瓷有实现电能和机械能相互转换的功能,可用于制备传感器、滤波器等,在民用和军工方面有着广泛的应用。铌酸钾钠(KNN)无铅压电陶瓷是一种具有环境协调性的压电材料,也是目前研究较为广泛的无铅体系之一。因其具有压电性能可控可调、居里温度较高(-420℃)等优点,是替代传统的锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷的理想材料。要使KNN获得和PZT可比的压电性能,掺杂是一种高效、可行的改性方式。掺杂离子进入不同的晶格位置,会诱发晶格发生畸变,进而形成以三方相(R)和四方相(T)为边界的多晶相相界。多相共存不但导致了更多极化状态的生成,更有助于极化畴的偏转,使压电性能明显提高。此外,改善KNN粉体的制备也是优化陶瓷烧结行为和提高其各项性能的有效途径之一。因此,本论文主要从以下两方面入手,对KNN基无铅压电陶瓷进行改性研究：1)采用具有适当离子半径和电负性的掺杂离子进行改性,在室温附近构建R-T相界,使其压电性能大幅度地提升；2)采用水热法,制备具有纳米或亚微米级的KNN陶瓷粉体,获得性能增强的压电陶瓷。已取得的成果如下：(一)采用固相法,分别制备了Bi(Zn0.5Zr0.5)O3和Ba0.6Ca0.4ZrO3改性的KNN陶瓷,研究了掺杂离子的半径和电子结构对R相的形成、多晶相相界的构建所起到的作用,并研究了R-O(正交相)相界对陶瓷的微观结构和介、压电性能的影响。通过对(1-x)K0.48Na0.52Nb03-xBi(Zn0.5Zr0.5)03的研究,发现KNN晶格中的A位用平均半径较大的离子进行取代、同时在B位用平均半径较小的离子进行取代,可以在室温附近诱导KNN的R相形成。此外,在(1-x)(K0.48Na0.52)(Nb0.96Sb0.04)O3-xBa0.6Ca0.4ZrO3的研究中发现,用分子场较弱的离子取代KNN晶格中的A位,不利于晶格沿c轴的拉伸,不能导致T相的形成。所以这两个体系在室温附近仅形成了R-O相界,压电性能得到了一定的提高。(二)采用固相法制备了(1-x)(K0.48Na0.52)(Nb0.96Sb0.04)O3-x[Bi0.5(Na0.7Ag0.3)0.5] 0.90Zn0.10ZrO3陶瓷,并研究了掺杂离子对其微观结构、相界构建及介、压电性能的影响。通过XRD,D特征峰的标定、结构的精修、介温曲线的分析以及拉曼光谱的鉴别,证明了该体系在从T相向R相过渡中,形成了空间群为Pm的单斜相(M)。当0.04≤x≤0.05时,陶瓷在室温附近形成了R-M-T多晶相相界,陶瓷的压电性能得到大幅度的提高(x=0.0425时, d/33-425 pC/N,d*33-608 pm/V kp-0.43, Pr-14 μC/cm2)。此外,通过计算陶瓷在高电场下的夹持压电常数dtatt在本征压电常数dinit中所占的比例,从理论的角度说明了电畴偏转是决定铁电压电陶瓷性能的主要因素,因此各向异性能小的多晶相共存区,陶瓷的压电性能大幅度地提高。(三)采用固相法制备了(1-x)(K0.40Na0.60)(Nb0.95Sb0.05)O3-x(Bi0.5K0.5)HfO3陶瓷,通过对XRD特征峰的拟合、HR-TEM的指标化以及介温曲线的分析,确定了在0.03≤x≤0.05的组分范围内有R相形成,在这个R-O-T三相共存的区域,陶瓷的压电性能明显改善(当x=0.035,d33-400 pC/N,d*33-614 pm/V;温度5200℃时,陶瓷压电性能的减小幅度<10%,温度稳定性增强)。此外,从晶格畸变及减小各向异性能的角度解释了掺杂离子对R相的形成、R-O-T相变过程的影响,并建立了相关的物理模型。(四)采用水热法合成了KNN超细粉体,研究了K/Na不同的初始溶液及反应时间对产物及其微结构的影响,并考察了用这些纳米粉体制备的KNN无铅压电陶瓷的铁电压电性能。通过XRD物相的分析、TEM的标定以及拉曼光谱的鉴别,确定了不同水热条件下合成物的相结构。用KNN超细颗粒制备的压电陶瓷整体性能都比用固相烧结法制备出的KNN陶瓷提高50%以上(d33-120 pC/N)。当初始反应溶液中的K/Na=6、反应条件为240℃/4h得到的KNN纳米颗粒大部分是以直径在100-200nm的纳米管形式存在,并且晶体生长具有极好的[010]取向。在此基础上,对KNN纳米颗粒的生长过程及相关机理给出了合理的解释。(五)采用水热法在240℃/4h的水热条件下、一步合成了一维NaNbO3内米线,并研究了表面活性剂和不同的水热条件对产物的相结构和微观形貌的影响。研究表明,延长反应时间后,产物由一维NaNbO3纳米线变成了六边形的片层状亚微米级颗粒。此外,水热产物Na2Nb2O6·H2O在400℃/3h下煅烧所得的NaNbO3粉体,形成了一种由R相和O相周期晶格排列而成的超晶格结构,未来有可能应用于非线性光学领域。