压电陶瓷是一类可以将机械能和电能进行相互转换的新型功能陶瓷，在机械、电子、通信、军事等领域应用广泛。在压电陶瓷领域，长期以来都是性能优异的锆钛酸铅(PZT)占主导地位。由于含铅压电陶瓷中氧化铅在烧结中的挥发，易造成组分偏离，对生产工艺和产品稳定性造成不利影响；更重要的是，含铅产品在制备、使用和废弃的过程中，会对人类健康和生态环境造成不可估计的损害，为了保护地球的生态环境，我们所使用的材料必须从根本上进行改善。研究和发展无铅压电陶瓷是从源头遏制铅污染的重要措施，是电子陶瓷发展的必然方向，因而受到越来越多的关注。 钛酸钡(BaTiO<,3>)属于钙钛矿结构，是一种典型铁电体，已经工业化生产了很多年了，因此人们对BaTiO<,3>的研究比较透彻，形成了成熟完善的理论体系。BaTiO<,3>存在居里点不高(T<,c>≈120℃)、室温附近有二级相变、工作温区窄、工作稳定性较差、烧结温度高等缺陷，但其压电性能在无铅压电陶瓷中比较优良。另外，从环保的角度来看，BaTiO<,3>陶瓷的无污染性是其得以重视的最大优势。多年来，人们对BaTiO<,3>的研究一直都集中在用其它元素替换原组成元素或者添加微量杂质改善BaTiO<,3>的压电铁电性能。 本论文采用改进过的固相烧结技术，用Ca<2+>和Zr<4+>部分替换BaTiO<,3>中的Ba<2+>和Ti<4+>，制备了一系列(Ba<,1-x>Ca<,x>)TiO<,3>(BCT)和Ba<,0.9>Ca<,0.1>(Ti<,1-y>Zr<,y>)O<,3>(BCZT)陶瓷样品，其中，0≤(x，y)≤0.16。系统研究了陶瓷样品的物相结构、微观形貌和介电、铁电和压电性能，分析了BCT和BCZT陶瓷的各项电性能与组成、结构之间的相关性，并结合实验结果探讨了陶瓷组分和工艺条件对材料铁电压电性能的影响规律并分析了其作用机理。 1250～1300℃烧结的BCT、和BCZT陶瓷均形成了单一钙钛矿结构同溶体。与BaTiO<,3>相比，Ca的加入减小了c/a，导致晶体结构四方度明显降低，立方化趋势明显。随Ca含量的增加，BCT陶瓷室温介电常数ε<,r>先增加后减小，而室温介电损耗tanδ则是先减小后略微回升。在Ca含量为0.01mol％处，室温ε<,r>和tanδ分别出现较大值和较小值。随zr含量的增加，BCZT陶瓷室温ε<,r>有了显著的提高，室温tanδ先增大后减小。 BCT和BCZT陶瓷的介电常数随温度的变化曲线显示，陶瓷具有驰豫型铁电体特征，且从室温到-50℃范围内未发生相变，消除了BaTiO<,3>陶瓷室温附近的二级相变。当Ca含量≤0.1mol％时，Ca的加入对BaTiO<,3>陶瓷的铁电—顺电相变温度的影响不大，相变温度在118～128℃变化。Zr的加入对BCZT陶瓷的铁电—顺电相变温度有着明显的前移作用，当Zr含量为0.14mol％时，样品的相变点前移至46℃。 BCT陶瓷的压电常数d<,33>略有降低，在Ca含量为0.01mol％时，样品具有较大的d<,33>值63pC/N，与该陶瓷晶体结构四方度降低有关。适量zr的加入可以提高BCZT陶瓷的压电活性。在Zr含量为0.06mol％和0.14mol％时，d<,33>具有较大值，分别为76pC/N和86pC/N，相对于BCT陶瓷有了一定的提高。采用添加物MnO<,2>对(Ba<,0.9> Ca<,0.1>)(Ti<,0.94> Zr<,0.06>)O<,3>陶瓷进行掺杂改性研究，探讨MnO<,2>对BCZT陶瓷结构、晶粒大小和压电性能的影响。研究结果表明，MnO<,2>的添加对BCZT陶瓷的钙钛矿结构未产生显著影响。当MnO<,2>的掺杂量<0.4wt.％时，MnO<,2>的添加使得样品晶胞参数c与a差异增大，晶轴比c/a比有所增大，细化晶粒，显著提高了样品的室温介电常数ε<,r>和压电常数d<,33>，明显降低了材料的室温介电损耗tanδ。此时，MnO<,2>起到“软性”添加物作用。当MnO<,2>的掺杂量≥0.4wt.％时，MnO<,2>的添加导致样品晶轴比c/a的下降，促使陶瓷晶粒尺寸长大，且气孔增多，样品的室温ε<,r>和d<,33>急剧下降，室温tanδ略有提升。此时MnO<,2>起到“硬性”添加物作用。当MnO<,2>的掺杂量为0.2wt.％时，陶瓷样品的晶粒尺寸细小均匀，具有较大的室温介电常数(ε<,r>=2914)及较小的室温介电损耗(tanδ=0.016)。此时陶瓷具有良好的压电性能，其压电常数d<,33>高达211 pC/N。 对MnO<,2>掺杂的BCZT陶瓷铁电特性的研究表明，适量MnO<,2>的加入对陶瓷的骄顽场E<,c>的影响不大，但大大提高了剩余极化强度P<,r>，此时压电常数d<,33>也有了很大的提高。而过量MnO<,2>则提高了骄顽场E<,c>,同时显著降低了剩余极化强度P<,r>。此时陶瓷压电常数d<,33>急剧减小。MnO<,2>掺杂BCZT陶瓷的铁电性能与压电性能之间存在着明显的对应关系。剩余极化强度P<,r>和骄顽场E<,c>都是影响材料压电性能的重要因素。高的剩余极化强度P<,r>使材料铁电性增强，有利于提高压电性能，而高的骄顽场E<,c>却使材料在极化过程中铁电畴充分转向比较困难，不利于提高材料的压电性能。BCZT陶瓷最终压电性能依赖于剩余极化强度P<,r>和骄顽场E<,c>的共同作用。