高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷及其制备方法和应用

摘要

高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷及其制备方法和应用，本发明涉及压铁电材料领域。本发明要解决现有PIN-PMN-PT单晶组分分凝、可用尺寸受限、力学性能差、PIN-PMN-PT陶瓷电学性能低的问题。化学通式为xPb(In1/2Nb1/2)O3-(1-x-y)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-yPbTiO3-avol.％BaTiO3；方法：二步合成法制备PIN-PMN-PT细晶基体粉体，局部化学微晶取代法制备BaTiO3片状微晶模板，采用模板晶粒定向生长技术制备沿[001]高度取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫铁电织构陶瓷。应用于超声换能器、压电驱动器及压电传感器领域。

说明书

技术领域

本发明涉及压铁电材料领域。

背景技术

弛豫基铁电材料是一类重要的、国际竞争极为激烈的多功能材料。利用弛豫基铁电材 料非常独特的力、热、电、光、声和化学等方面的特殊性能，可对各类信息进行检测、转 换、处理和存储，因此在工业、民用和国防军事等领域应用非常普遍，例如工业无损探测、 医学超声成像、水下声纳、固态大位移量压电驱动器等。近年来，全球电子信息技术的高 速发展对信息功能材料及器件提出了更高的要求，使得开发新一代高性能的弛豫基铁电材 料成为一项迫切的、具有重大社会和经济价值的国际课题。

新型铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅[xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃,简 写为PIN-PMN-PT]基三元系弛豫型铁电材料非常有希望同时兼顾高的相变温度和优异 的压电性能，可望成为新一代高灵敏度的大功率机电器件和高温压电器件的首选材料体 系。目前，国内外针对该三元系弛豫铁电材料的研究主要集中在PIN-PMN-PT单晶方面。 然而，该三元系单晶组分容易分凝导致电学性能稳定性不佳、可利用晶体尺寸受限、生长 周期长且制备单晶的成本昂贵。此外，该单晶力学性能较差，导致难以加工成复杂形状， 并且其内部缺陷容易生长，进而降低其使用寿命。这些问题的存在使得目前PIN-PMN-PT 单晶还很难达到实际应用和批量化生产的水平。与单晶相比，陶瓷制备工艺简单，生产成 本低、性能稳定、具有较高的断裂韧性，并且较容易制成大尺寸或外形复杂的器件以满足 不同使用要求，因此其应用范围远远高于相应单晶。然而，目前所制备的PIN-PMN-PT 基陶瓷中晶粒随机分布成任意取向，使得各个方向的性能部分相互抵消，其整体电学性能 非常低，已成为该三元系弛豫铁电陶瓷发展的一个瓶颈。

晶粒在外界条件作用下沿某一方向定向生长的陶瓷称为织构陶瓷。高质量的织构陶瓷 具有显著的各向异性特点，可望具有类似同组分单晶优势方向的压电性能，同时继承了陶 瓷材料组分均匀、电学性能稳定、断裂韧性高、容易制成大尺寸等优点，因而受到了国际 材料研究领域的广泛关注。本发明以PIN-PMN-PT基细晶粉体为基体母体，以片状 BaTiO₃(BT)微晶为模板，采用模板晶粒定向生长技术制备了沿[001]择优取向的 PIN-PMN-PT基三元系织构陶瓷，期望实现类似于单晶材料的高相变温度兼顾高压电性 能。

发明内容

本发明要解决现有PIN-PMN-PT单晶组分分凝致使电学性能稳定性不佳、可利用晶 体尺寸受限、力学性能差、使用寿命低、生长周期长、制备单晶的成本昂贵，且PIN-PMN-PT 基陶瓷中晶粒随机分布成任意取向，使得各个方向的性能部分相互抵消，其整体电学性能 低的问题，而提供高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷及其制备方 法和应用。

本发明高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的化学通式为 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃，其中，0.16≤x≤0.36， 0.26≤y≤0.36，0<a≤10；所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷 沿[001]方向的取向度为90％以上，三方-四方相变温度达120℃以上，居里温度达200℃ 以上，压电常数达1550pC/N以上。

本发明中xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃，其中， 0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，0<a≤10具体表示当 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃体积为100份时，BaTiO₃的体积为a份。

高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的制备方法是按以下步 骤完成的：

一、采用二步合成法制备纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细 晶基体粉体，其中0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36：

①、采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉 体；

②、以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用固相反 应法合成纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体，其中 0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36；

二、采用局部化学微晶取代法制备纯相的BaTiO₃片状微晶模板：

①、采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

②、以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶：

③、以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

三、采用模板晶粒定向生长技术制备沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫 铁电织构陶瓷：

①、制备流延浆料：

将纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体置于聚乙烯 球磨罐中，其中，0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，先向聚乙烯球磨罐中加入溶剂和分散剂， 球磨12h～48h，再向聚乙烯球磨罐中加入粘合剂和塑化剂，球磨12h～48h，然后向聚乙 烯球磨罐中加入纯相的BaTiO₃片状微晶模板，球磨30min～60min，得到流延浆料；

所述的纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与纯相 的BaTiO₃片状微晶模板的体积比为100:a，其中0<a≤10；所述的纯相的 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与溶剂的体积比为 (0.25～0.50):1；所述的纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉 体与分散剂的体积比为(8～14):1；所述的纯相的 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与粘合剂的体积比为 (3～6):1；所述的纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与 塑化剂的体积比为(2.5～5.0):1；

②、流延：将流延浆料抽真空去泡后，在流延速度为1cm/s～9cm/s的条件下，利用 流延机将流延浆料进行流延，流延刮刀与底膜之间的距离为30μm～360μm，流延后平放静 置24h，得到膜片，用切膜刀将膜片切割，得到切割好的膜片；

③、叠压：将切割好的膜片进行多层叠压，得到叠压后的膜片，叠压机参数为上压台 温度为65℃～85℃，下压台温度为65℃～85℃，压力为5MPa～30MPa；

④、热水等静压：在压力为20MPa～50MPa及水温为70℃～80℃的条件下，对叠压后 的膜片进行等静压，时间为15min～60min，得到热水等静压后的膜片；

⑤、切割：将热水等静压后的膜片用切割机切割，得到切割后的素坯样品；

⑥、排胶：将切割好的素坯样品放入低温炉，在升温速率为0.1℃/min～0.5℃/min下， 将低温炉由室温升温至550℃～650℃，然后在温度为550℃～650℃下保温1h～6h，得到排 胶后的素坯；

⑦、冷等静压：在压力为150MPa～300MPa及油温为室温的条件下，将排胶后的素坯 进行等静压，时间为1min～6min，得到冷等静压后的样品；

⑧、烧结：将冷等静压后的样品置于高温炉中，在烧结温度为1225℃～1275℃的条件 下，保温3h～15h，得到沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫铁电织构陶瓷，即 化学通式为xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃的高电学性能 的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷，其中，0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，0<a≤10。

高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷应用于超声换能器、压电 驱动器及压电传感器领域。

本发明高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的化学通式为 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃，简称为 xPIN-(1-x-y)PMN-yPT-avol.％BT，其中，0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，0<a≤10；

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅- 钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷，即PIN-PMN-PT基织构陶瓷其[001]取向度高达90％以上，在 压铁电领域性能优越，三方-四方相变温度达120℃以上，居里温度达200℃以上，压电常 数达1550pC/N以上，可广泛应用于超声换能器、压电驱动器、压电传感器等方面。

附图说明

图1是本发明的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的制备工 艺流程图；

图2是实施例一制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 XRD图谱；

图3为实施例一制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 应变-电场曲线；

图4为实施例二制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 介温频谱图；

图5为实施例三制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 XRD图谱。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的 任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫 铁电织构陶瓷的化学通式为 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃，其中，0.16≤x≤0.36， 0.26≤y≤0.36，0<a≤10；所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷 沿[001]方向的取向度为90％以上，三方-四方相变温度达120℃以上，居里温度达200℃ 以上，压电常数达1550pC/N以上。

本实施方式中xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃，其中， 0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，0<a≤10具体表示当 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃体积为100份时，BaTiO₃的体积为a份。

本实施方式的有益效果是：与现有技术相比，本发明的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁 酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷，即PIN-PMN-PT基织构陶瓷其[001]取向度高达90％以上， 在压铁电领域性能优越，三方-四方相变温度达120℃以上，居里温度达200℃以上，压电 常数达1550pC/N以上，可广泛应用于超声换能器、压电驱动器、压电传感器等方面。

原理：择优取向生长的织构陶瓷具有显著的各向异性特点，织构陶瓷在其优势方向上 (本发明中PIN-PMN-PT的优势方向为[001]方向)具有很高的极化效率，通过陶瓷体内 每个定向排列的晶粒的电学性能矢量累加后，其电学性能参数可得到大幅度提高。因此， 通过设计并制备沿[001]高度择优取向的三元系PIN-PMN-PT织构陶瓷可望获得高压电性 能并兼顾高相变温度的新型弛豫铁电陶瓷材料。

具体实施方式二：依据图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的高电学性能 的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的制备方法是按以下步骤完成的：

一、采用二步合成法制备纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细 晶基体粉体，其中0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36：

①、采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉 体；

②、以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用固相反 应法合成纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体，其中 0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36；

二、采用局部化学微晶取代法制备纯相的BaTiO₃片状微晶模板：

①、采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

②、以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶：

③、以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

三、采用模板晶粒定向生长技术制备沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫 铁电织构陶瓷：

①、制备流延浆料：

将纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体置于聚乙烯 球磨罐中，其中，0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，先向聚乙烯球磨罐中加入溶剂和分散剂， 球磨12h～48h，再向聚乙烯球磨罐中加入粘合剂和塑化剂，球磨12h～48h，然后向聚乙 烯球磨罐中加入纯相的BaTiO₃片状微晶模板，球磨30min～60min，得到流延浆料；

所述的纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与纯相 的BaTiO₃片状微晶模板的体积比为100:a，其中0<a≤10；所述的纯相的 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与溶剂的体积比为 (0.25～0.50):1；所述的纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉 体与分散剂的体积比为(8～14):1；所述的纯相的 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与粘合剂的体积比为 (3～6):1；所述的纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体与 塑化剂的体积比为(2.5～5.0):1；

②、流延：将流延浆料抽真空去泡后，在流延速度为1cm/s～9cm/s的条件下，利用 流延机将流延浆料进行流延，流延刮刀与底膜之间的距离为30μm～360μm，流延后平放静 置24h，得到膜片，用切膜刀将膜片切割，得到切割好的膜片；

③、叠压：将切割好的膜片进行多层叠压，得到叠压后的膜片，叠压机参数为上压台 温度为65℃～85℃，下压台温度为65℃～85℃，压力为5MPa～30MPa；

④、热水等静压：在压力为20MPa～50MPa及水温为70℃～80℃的条件下，对叠压后 的膜片进行等静压，时间为15min～60min，得到热水等静压后的膜片；

⑤、切割：将热水等静压后的膜片用切割机切割，得到切割后的素坯样品；

⑥、排胶：将切割好的素坯样品放入低温炉，在升温速率为0.1℃/min～0.5℃/min下， 将低温炉由室温升温至550℃～650℃，然后在温度为550℃～650℃下保温1h～6h，得到排 胶后的素坯；

⑦、冷等静压：在压力为150MPa～300MPa及油温为室温的条件下，将排胶后的素坯 进行等静压，时间为1min～6min，得到冷等静压后的样品；

⑧、烧结：将冷等静压后的样品置于高温炉中，在烧结温度为1225℃～1275℃的条件 下，保温3h～15h，得到沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫铁电织构陶瓷，即 化学通式为xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃-avol.％BaTiO₃的高电学性能 的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷，其中，0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36，0<a≤10。

本实施方式步骤三②中用切膜刀将膜片切割成所需尺寸；

本实施方式步骤三⑧中将冷等静压后的样品放入高温炉中烧结织构，在烧结过程中， 模板引导基体定向生长。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一①中采用固相 反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体具体是按以下 步骤进行的：

按化学式为MgNb₂O₆的配比称取MgO纳米原料和Nb₂O₅纳米原料，将称取的MgO 纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛 瑙球为磨球，球磨24h～72h，得到球磨后的湿料A，将球磨后的湿料A置于温度为50℃ ～100℃的烘箱内烘干，得到干燥块料A，将干燥块料A置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到 粉料A，然后将粉料A置于刚玉坩埚中，在温度为900℃～1150℃下预烧2h～6h，得到纯 相的MgNb₂O₆前驱体粉体；

按化学式为InNbO₄的配比称取In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料，将称取的In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛 瑙球为磨球，球磨24h～72h，得到球磨后的湿料B，将球磨后的湿料B置于温度为50℃ ～100℃的烘箱内烘干，得到干燥块料B，将干燥块料B置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到 粉料B，然后将粉料B置于刚玉坩埚中，在温度为900℃～1150℃下预烧2h～6h，得到纯 相的InNbO₄前驱体粉体。其它与具体实施方式二相同。

本实施方式所述的MgO纳米原料和Nb₂O₅纳米原料为分析纯级别；

本实施方式所述的In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料为分析纯级别。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三之一不同的是：步骤一② 中以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用固相反应法合 成纯相的xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体，其中 0.16≤x≤0.36，0.26≤y≤0.36具体是按以下步骤进行的：

按化学通式为xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃配比称取纯相的 MgNb₂O₆前驱体粉体、纯相的InNbO₄前驱体粉体、Pb₃O₄和纳米TiO₂，其中0.16≤x≤0.36， 0.26≤y≤0.36，然后将称取的纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体、纯相的InNbO₄前驱体粉体、 Pb₃O₄和纳米TiO₂混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球， 球磨24h～96h，得到球磨后的湿料C，将球磨后的湿料C置于温度为50℃～100℃的烘箱 内烘干，得到干燥块料C，将干燥块料C置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料C，然后将 粉料C置于刚玉坩埚中，在温度为700℃～850℃下预烧2h～6h，得到PIN-PMN-PT基体粉 体，然后将PIN-PMN-PT基体粉体置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛 瑙球为磨球，球磨12h～72h，得到球磨后的PIN-PMN-PT基体粉体，将球磨后的 PIN-PMN-PT基体粉体置于温度为50℃～100℃的烘箱内烘干，得到纯相的 xPb(In_1/2Nb_1/2)O₃-(1-x-y)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-yPbTiO₃细晶基体粉体，其中0.16≤x≤0.36， 0.26≤y≤0.36。其它与具体实施方式二或三相同。

本实施方式所述的Pb₃O₄原料和TiO₂纳米原料为分析纯级别。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤二① 中采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶具体是按以下步骤进行的：按化学式为Bi₄Ti₃O₁₂的 配比称取Bi₂O₃和TiO₂，然后将称取的Bi₂O₃和TiO₂及熔盐置于聚乙烯球磨罐中，以无水 乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球球磨24h～48h，得到球磨后的湿料D，将球磨后的湿 料D置于温度为50℃～100℃的烘箱内烘干，得到干燥块料D，将干燥块料D置于玛瑙研 钵中研磨破碎，得到粉料D，然后将粉料D置于刚玉坩埚中，在温度为1050℃～1125℃下 煅烧1h～6h，得到煅烧产物D，再将煅烧产物D经超声波分散后，再用去离子水清洗， 直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物D，将清洗后的产物D置于温度为80℃～120 ℃的烘箱内烘干，得到Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

所述的熔盐为NaCl熔盐和KCl熔盐的混合物，所述的NaCl熔盐与KCl熔盐的摩尔 比为1:1，所述的熔盐的质量与Bi₂O₃和TiO₂的总质量的比为1:1。其它与具体实施方式 二至四相同。

本实施方式所述的Bi₂O₃和TiO₂为分析纯级别。

本实施方式去离子水清洗，用AgNO₃溶液检验直至洗涤液中不含Cl^-，除去了NaCl 熔盐和KCl熔盐。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤二② 中以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶具体是按以下步 骤进行的：取Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、BaCO₃和TiO₂，然后将Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、BaCO₃和 TiO₂及熔盐混合，得到混合原料E，再以无水乙醇作为介质，对混合原料E磁力搅拌 12h～48h，然后将磁力搅拌后的混合原料E置于温度为50℃～100℃的烘箱内烘干，得到干 燥粉料E，然后将干燥粉料E置于刚玉坩埚中，在温度为1050℃～1100℃下煅烧1h～4h， 得到煅烧产物E，将煅烧产物E经超声波分散后，然后用去离子水清洗，直至洗涤液中不 含Cl^-，得到清洗后的产物E，将清洗后的产物E置于温度为80℃～120℃的烘箱内烘干， 得到BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶；

所述的Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶与BaCO₃的摩尔比为1:1.1；所述的Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶与 TiO₂的摩尔比为1:1.1；所述的熔盐为BaCl₂.2H₂O熔盐和KCl熔盐的混合物，所述的 BaCl₂.2H₂O熔盐与KCl熔盐的摩尔比为1:1，所述的熔盐的质量与Bi₄Ti₃O₁₂片状前驱体、 BaCO₃和TiO₂的总质量的比为1:1。其它与具体实施方式二至五相同。

本实施方式所述的BaCO₃和TiO₂为分析纯级别。

本实施方式去离子水清洗，用AgNO₃溶液检验直至洗涤液中不含Cl^-，除去了BaCl₂熔盐和KCl熔盐。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤二③ 中以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的BaTiO₃片状微晶 模板具体是按以下步骤进行的：

取BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶及BaCO₃，然后将BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶、BaCO₃及熔盐混合， 得到混合原料F，再以无水乙醇作为介质，对混合原料F磁力搅拌12h～48h，然后将磁力 搅拌后的混合原料F置于温度为50℃～100℃的烘箱内烘干，得到干燥粉料F，然后将干 燥粉料F置于刚玉坩埚中，在温度为950℃～1000℃下煅烧2h～8h，得到煅烧产物F，将煅 烧产物F经超声波分散后，然后用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，再用稀硝酸清 洗直至清洗后的稀硝酸呈酸性，得到纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

所述的BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶与BaCO₃的摩尔比为1:4；所述的熔盐为NaCl熔盐和 KCl熔盐的混合物，所述的NaCl熔盐与KCl熔盐的摩尔比为1:1，所述的熔盐的质量与 BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶和BaCO₃的总质量的比为1:1。其它与具体实施方式二至六相同。

本实施方式所述的BaCO₃为分析纯级别；

本实施方式去离子水清洗，用AgNO₃溶液检验直至洗涤液中不含Cl^-，除去了NaCl 熔盐与KCl熔盐。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：步骤三① 中所述的溶剂为质量比为1:1的二甲苯和乙醇的混合溶液；步骤三①中所述的分散剂为熔 鲱鱼油；步骤三①中所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛；步骤三①中所述的塑化剂为质量比 为1:1的聚亚烷基二醇和邻苯二甲酸丁苄酯的混合物。其它与具体实施方式二至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤三③ 中所述的叠压后的膜片的厚度为0.3mm～25mm；步骤三⑤中所述的切割后的素坯样品长 为0.5mm～8cm，宽为0.5mm～8cm；步骤三⑧中烧结气氛为氧气气氛或空气气氛，所述的 氧气或者空气气体流量为0.1L/min～0.4L/min。其它与具体实施方式二至八相同。

具体实施方式十：高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的应 用，高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷应用于超声换能器、压电 驱动器及压电传感器领域。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的化学 通式为0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃-5vol.％BaTiO₃；

本实施例所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的制备 方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、采用二步合成法制备纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体：

①、采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉 体；

②、以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用固相反 应法合成纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体；

二、采用局部化学微晶取代法制备纯相的BaTiO₃片状微晶模板：

①、采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

②、以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶：

③、以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

三、采用模板晶粒定向生长技术制备沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫 铁电织构陶瓷：

①、称取：按化学通式为 0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃-5vol.％BaTiO₃称取30g步骤一②合成 的纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体和1.1g步骤 二③合成的纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

②、制备流延浆料：

将30g纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体置 于聚乙烯球磨罐中，先向聚乙烯球磨罐中加入12.96g溶剂和0.44g分散剂，球磨24h， 再向聚乙烯球磨罐中加入1g粘合剂和1g塑化剂，球磨24h，然后向聚乙烯球磨罐中加 入1.1g纯相的BaTiO₃片状微晶模板，球磨30min，得到流延浆料；

所述的溶剂为质量比为1:1的二甲苯和乙醇的混合溶液；所述的分散剂为熔鲱鱼油； 所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述的塑化剂为质量比为1:1的聚亚烷基二醇和邻苯二 甲酸丁苄酯混合液；

③、流延：将流延浆料抽真空去泡后，在流延速度为2cm/s的条件下，利用流延机将 流延浆料进行流延，流延刮刀与底膜之间的距离为150μm，流延后平放静置24h，得到 膜片，用切膜刀将膜片切割成10cm×10cm，得到切割好的膜片；

④、叠压：将切割好的膜片进行叠压，得到叠压后的膜片，叠压机参数为上压台温度 为75℃，下压台温度为75℃，压力为20MPa；

所述的叠压后的膜片的厚度为5mm；

⑤、热水等静压：在压力为30MPa及水温为75℃的条件下，对叠压后的膜片进行等 静压，时间为30min，得到热水等静压后的膜片；

⑥、切割：将热水等静压后的膜片用切割机切割，得到切割后的素坯样品；

所述的切割后的素坯样品长为2.5cm，宽为2.5cm；

⑦、排胶：将切割好的素坯样品放入低温炉，在升温速率为0.3℃/min下，将低温炉 由室温升温至600℃，然后在温度为600℃下保温3h，得到排胶后的素坯；

⑧、冷等静压：在压力为200MPa及油温为室温的条件下，将排胶后的素坯进行等静 压，时间为3min，得到冷等静压后的样品；

⑨、烧结：将冷等静压后的样品置于高温炉中，在烧结温度为1250℃的条件下，保 温10h，得到沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫铁电织构陶瓷，即化学通式为 0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃-5vol.％BaTiO₃的高电学性能的铌铟酸 铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷；

烧结气氛为氧气气氛，所述的氧气气体流量为0.2L/min。

步骤一①中采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体具体是按以下步骤进行的：按化学式为MgNb₂O₆的配比称取MgO纳米原料 和Nb₂O₅纳米原料，将称取的MgO纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐 中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球，球磨48h，得到球磨后的湿料A，将球磨 后的湿料A置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到干燥块料A，将干燥块料A置于玛瑙研 钵中研磨破碎，得到粉料A，然后将粉料A置于刚玉坩埚中，在温度为950℃下预烧6h， 得到纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体；

按化学式为InNbO₄的配比称取In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料，将称取的In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛 瑙球为磨球，球磨48h，得到球磨后的湿料B，将球磨后的湿料B置于温度为80℃的烘 箱内烘干，得到干燥块料B，将干燥块料B置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料B，然后 将粉料B置于刚玉坩埚中，在温度为1000℃下预烧6h，得到纯相的InNbO₄前驱体粉体。

步骤一②中以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用 固相反应法合成纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉 体，具体是按以下步骤进行的：

按化学通式为0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃的配比称取纯相 的5.61g MgNb₂O₆前驱体粉体、5.22g纯相的InNbO₄前驱体粉体、31.48g Pb₃O₄和3.52g 纳米TiO₂，然后将称取的5.61g纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体、5.22g纯相的InNbO₄前驱 体粉体、31.48g Pb₃O₄和3.52g纳米TiO₂混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为 球磨介质，玛瑙球为磨球，球磨72h，得到球磨后的湿料C，将球磨后的湿料C置于温度 为80℃的烘箱内烘干，得到干燥块料C，将干燥块料C置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到 粉料C，然后将粉料C置于刚玉坩埚中，在温度为725℃下预烧4h，得到PIN-PMN-PT 基体粉体，然后将PIN-PMN-PT基体粉体置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介 质，玛瑙球为磨球，球磨24h，得到球磨后的PIN-PMN-PT基体粉体，将球磨后的 PIN-PMN-PT基体粉体置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到纯相的 0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体。

步骤二①中采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶具体是按以下步骤进行的：按化学式 为Bi₄Ti₃O₁₂的配比称取15.91g Bi₂O₃和4.09gTiO₂，然后将称取的15.91g Bi₂O₃和4.09g  TiO₂及20g熔盐置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球球磨24h， 得到球磨后的湿料D，将球磨后的湿料D置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到干燥块料 D，将干燥块料D置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料D，然后将粉料D置于刚玉坩埚 中，在温度为1100℃下煅烧1.5h，得到煅烧产物D，再将煅烧产物D经超声波分散后， 再用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物D，将清洗后的产物D置 于温度为100℃的烘箱内烘干，得到Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

所述的熔盐为8.79g NaCl熔盐和11.21g KCl熔盐的混合物。

步骤二②中以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶具 体是按以下步骤进行的：取14g Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、2.59g BaCO₃和1.05gTiO₂，然后将 14g Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、2.59g BaCO₃和1.05g TiO₂及17.64g熔盐混合，得到混合原料 E，再以无水乙醇作为介质，对混合原料E磁力搅拌24h，然后将磁力搅拌后的混合原料 E置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到干燥粉料E，然后将干燥粉料E置于刚玉坩埚中， 在温度为1080℃下煅烧2h，得到煅烧产物E，将煅烧产物E经超声波分散后，然后用去 离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物E，将清洗后的产物E置于温度 为100℃的烘箱内烘干，得到BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶；

所述的熔盐为13.52g BaCl₂.2H₂O熔盐和4.12g KCl熔盐的混合物。

步骤二③中以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的 BaTiO₃片状微晶模板具体是按以下步骤进行的：

取13g BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶及7.30g BaCO₃，然后将13g BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶、7.3 g BaCO₃及20.3g熔盐混合，得到混合原料F，再以无水乙醇作为介质，对混合原料F磁 力搅拌24h，然后将磁力搅拌后的混合原料F置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到干燥 粉料F，然后将干燥粉料F置于刚玉坩埚中，在温度为975℃下煅烧6h，得到煅烧产物F， 将煅烧产物F经超声波分散后，然后用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，再用稀硝 酸清洗直至清洗后的稀硝酸呈酸性，得到纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

所述的熔盐为8.92g NaCl熔盐和11.38g KCl熔盐的混合物。

图2是实施例一制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 XRD图谱；由图可以看出该织构陶瓷具有纯的钙钛矿相结构。与普通无取向陶瓷相比， 该织构陶瓷的(100)和(200)峰强度显著增强，非{001}峰强度非常弱，显示陶瓷具有强 的[001]取向。经过对该XRD图谱采用Lotgering因子(F_00l)分析的方法计算，该材料 F_00l是91％。对于织构陶瓷来说，F_00l取值范围为0<F_00l<1，F_00l越大,陶瓷的<00l>取向程 度越高。本发明织构陶瓷的F_00l是91％，说明该陶瓷沿[001]高度取向。

图3为实施例一制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 应变-电场曲线。可以观察到两个显著的特点。一个是材料获得了大的应变响应，在电场 为20kV/cm时，其应变为0.22％。另一个是材料具有大的压电响应，根据此图可以计算 出该织构陶瓷其高场压电系数d₃₃可达1555pC/N。这也是本发明的一大优势，即该类织 构陶瓷具有高的压电性能。

实施例二：

本实施例所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的化学 通式为0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃-1vol.％BaTiO₃；

本实施例所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的制备 方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、采用二步合成法制备纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体：

①、采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉 体；

②、以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用固相反 应法合成纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体；

二、采用局部化学微晶取代法制备纯相的BaTiO₃片状微晶模板：

①、采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

②、以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶：

③、以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

三、采用模板晶粒定向生长技术制备沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫 铁电织构陶瓷：

①、称取：按化学通式为 0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃-1vol.％BaTiO₃称取30g步骤一②合成 的纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体和0.22g步骤 二③合成的纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

②、制备流延浆料：

将步骤三①中称取的30g纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体置于聚乙烯球磨罐中，先向聚乙烯球磨罐中加入12.46g溶剂和0.42g分散 剂，球磨48h，再向聚乙烯球磨罐中加入0.96g粘合剂和0.96g塑化剂，球磨48h，然后 向聚乙烯球磨罐中加入步骤三①中称取的0.22g纯相的BaTiO₃片状微晶模板，球磨 60min，得到流延浆料；

所述的溶剂为质量比为1:1的二甲苯和乙醇的混合溶液；所述的分散剂为熔鲱鱼油； 所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述的塑化剂为质量比为1:1的聚亚烷基二醇和邻苯二 甲酸丁苄酯混合液；

③、流延：将流延浆料抽真空去泡后，在流延速度为4cm/s的条件下，利用流延机将 流延浆料进行流延，流延刮刀与底膜之间的距离为75μm，流延后平放静置24h，得到膜 片，用切膜刀将膜片切割成15cm×15cm，得到切割好的膜片；

④、叠压：将切割好的膜片进行叠压，得到叠压后的膜片，叠压机参数为上压台温度 为80℃，下压台温度为80℃，压力为30MPa；

所述的叠压后的膜片的厚度为10mm；

⑤、热水等静压：在压力为50MPa及水温为70℃的条件下，对叠压后的膜片进行等 静压，时间为30min，得到热水等静压后的膜片；

⑥、切割：将热水等静压后的膜片用切割机切割，得到切割后的素坯样品；

所述的切割后的素坯样品长为5cm，宽为5cm；

⑦、排胶：将切割好的素坯样品放入低温炉，在升温速率为0.1℃/min下，将低温炉 由室温升温至600℃，然后在温度为600℃下保温6h，得到排胶后的素坯；

⑧、冷等静压：在压力为250MPa及油温为室温的条件下，将排胶后的素坯进行等静 压，时间为5min，得到冷等静压后的样品；

⑨、烧结：将冷等静压后的样品置于高温炉中，在烧结温度为1235℃的条件下，保 温12h，得到沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫铁电织构陶瓷，即化学通式 为0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃-1vol.％BaTiO₃的高电学性能的铌铟 酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷；

步骤三⑨中烧结气氛为空气气氛，所述的空气气体流量为0.4L/min。

步骤一①中采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体具体是按以下步骤进行的：按化学式为MgNb₂O₆的配比称取MgO纳米原料 和Nb₂O₅纳米原料，将称取的MgO纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐 中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球，球磨24h，得到球磨后的湿料A，将球磨 后的湿料A置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到干燥块料A，将干燥块料A置于玛瑙研 钵中研磨破碎，得到粉料A，然后将粉料A置于刚玉坩埚中，在温度为900℃下预烧6h， 得到纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体；

按化学式为InNbO₄的配比称取In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料，将称取的In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛 瑙球为磨球，球磨24h，得到球磨后的湿料B，将球磨后的湿料B置于温度为80℃的烘 箱内烘干，得到干燥块料B，将干燥块料B置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料B，然后 将粉料B置于刚玉坩埚中，在温度为1050℃下预烧6h，得到纯相的InNbO₄前驱体粉体。

步骤一②中以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用 固相反应法合成纯相的0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉 体，具体是按以下步骤进行的：

按化学通式为0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃的配比称取纯相 的5.61g MgNb₂O₆前驱体粉体、5.22g纯相的InNbO₄前驱体粉体、31.48g Pb₃O₄和3.52 g纳米TiO₂，然后将称取的5.61g纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体、5.22g纯相的InNbO₄前 驱体粉体、31.48g Pb₃O₄和3.52g纳米TiO₂混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为 球磨介质，玛瑙球为磨球，球磨48h，得到球磨后的湿料C，将球磨后的湿料C置于温度 为60℃的烘箱内烘干，得到干燥块料C，将干燥块料C置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到 粉料C，然后将粉料C置于刚玉坩埚中，在温度为750℃下预烧2h，得到PIN-PMN-PT 基体粉体，然后将PIN-PMN-PT基体粉体置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介 质，玛瑙球为磨球，球磨12h，得到球磨后的PIN-PMN-PT基体粉体，将球磨后的 PIN-PMN-PT基体粉体置于温度为60℃的烘箱内烘干，得到纯相的 0.28Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.4Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.32PbTiO₃细晶基体粉体。

步骤二①中采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶具体是按以下步骤进行的：按化学式 为Bi₄Ti₃O₁₂的配比称取15.91g Bi₂O₃和4.09gTiO₂，然后将称取的15.91g Bi₂O₃和4.09g  TiO₂及20g熔盐置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球球磨24h， 得到球磨后的湿料D，将球磨后的湿料D置于温度为60℃的烘箱内烘干，得到干燥块料 D，将干燥块料D置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料D，然后将粉料D置于刚玉坩埚 中，在温度为1075℃下煅烧3h，得到煅烧产物D，再将煅烧产物D经超声波分散后，再 用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物D，将清洗后的产物D置于 温度为90℃的烘箱内烘干，得到Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

所述的熔盐为8.79g NaCl熔盐和11.21g KCl熔盐的混合物。

步骤二②中以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶具 体是按以下步骤进行的：取14g Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、2.59g BaCO₃和1.05g TiO₂，然后将 14g Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、2.59g BaCO₃和1.05g TiO₂及17.64g熔盐混合，得到混合原料 E，再以无水乙醇作为介质，对混合原料E磁力搅拌48h，然后将磁力搅拌后的混合原料 E置于温度为60℃的烘箱内烘干，得到干燥粉料E，然后将干燥粉料E置于刚玉坩埚中， 在温度为1100℃下煅烧1h，得到煅烧产物E，将煅烧产物E经超声波分散后，然后用去 离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物E，将清洗后的产物E置于温度 为90℃的烘箱内烘干，得到BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶；

所述的熔盐为13.52g BaCl₂.2H₂O熔盐和4.12g KCl熔盐的混合物。

步骤二③中以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的 BaTiO₃片状微晶模板具体是按以下步骤进行的：

取13g BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶及7.30g BaCO₃，然后将13g BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶、7.3 g BaCO₃及20.3g熔盐混合，得到混合原料F，再以无水乙醇作为介质，对混合原料F磁 力搅拌48h，然后将磁力搅拌后的混合原料F置于温度为60℃的烘箱内烘干，得到干燥 粉料F，然后将干燥粉料F置于刚玉坩埚中，在温度为950℃下煅烧6h，得到煅烧产物F， 将煅烧产物F经超声波分散后，然后用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，再用稀硝 酸清洗直至清洗后的稀硝酸呈酸性，得到纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

所述的熔盐为8.92g NaCl熔盐和11.38g KCl熔盐的混合物。

图4为实施例二制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 介温频谱图；该织构陶瓷在测量温度范围内有两个明显的相变，分别在～130℃和～206℃ (居里温度)，对应于铁电三方-铁电四方相变及铁电四方-顺电立方相变。由此图可以观 察到一个显著的特点，即该弛豫铁电织构陶瓷具有高的相变温度，可以为将来器件化应用 提高宽的使用温区，这也是本发明的另一大优势。

实施例三：

本实施例所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的化学 通式为0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃-7.5vol.％BaTiO₃；

本实施例所述的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的制备 方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、采用二步合成法制备纯相的0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃细晶基体粉体：

①、采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉 体；

②、以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用固相反 应法合成纯相的0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃细晶基体粉体；

二、采用局部化学微晶取代法制备纯相的BaTiO₃片状微晶模板：

①、采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

②、以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶：

③、以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

三、采用模板晶粒定向生长技术制备沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫 铁电织构陶瓷：

①、称取：按化学通式为 0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃-7.5vol.％BaTiO₃称取30g步骤一② 合成的纯相的0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃细晶基体粉体和1.65 g步骤二③合成的纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

②、制备流延浆料：

将步骤三①中称取的30g纯相的 0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃细晶基体粉体置于聚乙烯球磨罐 中，先向聚乙烯球磨罐中加入13.26g溶剂和0.45g分散剂，球磨12h，再向聚乙烯球磨罐 中加入1.03g粘合剂和1.03g塑化剂，球磨12h，然后向聚乙烯球磨罐中加入步骤三①中 称取的1.65g纯相的BaTiO₃片状微晶模板，球磨60min，得到流延浆料；

所述的溶剂为质量比为1:1的二甲苯和乙醇的混合溶液；所述的分散剂为熔鲱鱼油； 所述的粘合剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述的塑化剂为质量比为1:1的聚亚烷基二醇和邻苯二 甲酸丁苄酯混合液；

③、流延：将流延浆料抽真空去泡后，在流延速度为6cm/s的条件下，利用流延机将 流延浆料进行流延，流延刮刀与底膜之间的距离为300μm，流延后平放静置24h，得到 膜片，用切膜刀将膜片切割成10cm×10cm，得到切割好的膜片；

④、叠压：将切割好的膜片进行叠压，得到叠压后的膜片，叠压机参数为上压台温度 为70℃，下压台温度为70℃，压力为25MPa；

所述的叠压后的膜片的厚度为6mm；

⑤、热水等静压：在压力为40MPa及水温为70℃的条件下，对叠压后的膜片进行等 静压，时间为45min，得到热水等静压后的膜片；

⑥、切割：将热水等静压后的膜片用切割机切割，得到切割后的素坯样品；

所述的切割后的素坯样品长为5cm，宽为5cm；

⑦、排胶：将切割好的素坯样品放入低温炉，在升温速率为0.1℃/min下，将低温炉 由室温升温至650℃，然后在温度为650℃下保温4h，得到排胶后的素坯；

⑧、冷等静压：在压力为200MPa及油温为室温的条件下，将排胶后的素坯进行等静 压，时间为5min，得到冷等静压后的样品；

⑨、烧结：将冷等静压后的样品置于高温炉中，在烧结温度为1265℃的条件下，保 温15h，得到沿[001]择优取向的PIN-PMN-PT基三元系弛豫铁电织构陶瓷，即化学通式 为0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃-7.5vol.％BaTiO₃的高电学性能的 铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷；

烧结气氛为氧气气氛，所述的氧气气体流量为0.3L/min。

步骤一①中采用固相反应法分别合成纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体具体是按以下步骤进行的：按化学式为MgNb₂O₆的配比称取MgO纳米原料 和Nb₂O₅纳米原料，将称取的MgO纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐 中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球，球磨24h，得到球磨后的湿料A，将球磨 后的湿料A置于温度为80℃的烘箱内烘干，得到干燥块料A，将干燥块料A置于玛瑙研 钵中研磨破碎，得到粉料A，然后将粉料A置于刚玉坩埚中，在温度为950℃下预烧6h， 得到纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体；

按化学式为InNbO₄的配比称取In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料，将称取的In₂O₃纳米原料和Nb₂O₅纳米原料混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛 瑙球为磨球，球磨24h，得到球磨后的湿料B，将球磨后的湿料B置于温度为80℃的烘 箱内烘干，得到干燥块料B，将干燥块料B置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料B，然后 将粉料B置于刚玉坩埚中，在温度为1050℃下预烧4h，得到纯相的InNbO₄前驱体粉体。

步骤一②中以纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体和纯相的InNbO₄前驱体粉体为原料，采用 固相反应法合成纯相的0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃细晶基体粉 体，具体是按以下步骤进行的：

按化学通式为0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃的配比称取纯相 的4.75g MgNb₂O₆前驱体粉体、5.96g纯相的InNbO₄前驱体粉体、31.40g Pb₃O₄和3.73g 纳米TiO₂，然后将称取的4.75g纯相的MgNb₂O₆前驱体粉体、5.96g纯相的InNbO₄前驱 体粉体、31.40g Pb₃O₄和3.73g纳米TiO₂混合并置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为 球磨介质，玛瑙球为磨球，球磨72h，得到球磨后的湿料C，将球磨后的湿料C置于温度 为100℃的烘箱内烘干，得到干燥块料C，将干燥块料C置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到 粉料C，然后将粉料C置于刚玉坩埚中，在温度为750℃下预烧2h，得到PIN-PMN-PT 基体粉体，然后将PIN-PMN-PT基体粉体置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介 质，玛瑙球为磨球，球磨24h，得到球磨后的PIN-PMN-PT基体粉体，将球磨后的 PIN-PMN-PT基体粉体置于温度为100℃的烘箱内烘干，得到纯相的 0.32Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-0.34Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.34PbTiO₃细晶基体粉体。

步骤二①中采用熔盐法合成Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶具体是按以下步骤进行的：按化学式 为Bi₄Ti₃O₁₂的配比称取15.91g Bi₂O₃和4.09gTiO₂，然后将称取的15.91g Bi₂O₃和4.09g  TiO₂及20g熔盐置于聚乙烯球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，玛瑙球为磨球球磨24h， 得到球磨后的湿料D，将球磨后的湿料D置于温度为75℃的烘箱内烘干，得到干燥块料 D，将干燥块料D置于玛瑙研钵中研磨破碎，得到粉料D，然后将粉料D置于刚玉坩埚 中，在温度为1050℃下煅烧4h，得到煅烧产物D，再将煅烧产物D经超声波分散后，再 用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物D，将清洗后的产物D置于 温度为80℃的烘箱内烘干，得到Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶；

所述的熔盐为8.79g NaCl熔盐和11.21g KCl熔盐的混合物。

步骤二②中以Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶为前驱体，采用熔盐法合成BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶具 体是按以下步骤进行的：取14g Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、2.59g BaCO₃和1.05g TiO₂，然后将 14g Bi₄Ti₃O₁₂片状微晶、2.59g BaCO₃和1.05g TiO₂及17.64g熔盐混合，得到混合原料 E，再以无水乙醇作为介质，对混合原料E磁力搅拌24h，然后将磁力搅拌后的混合原料 E置于温度为90℃的烘箱内烘干，得到干燥粉料E，然后将干燥粉料E置于刚玉坩埚中， 在温度为1075℃下煅烧2h，得到煅烧产物E，将煅烧产物E经超声波分散后，然后用去 离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，得到清洗后的产物E，将清洗后的产物E置于温度 为90℃的烘箱内烘干，得到BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶；

所述的熔盐为13.52g BaCl₂.2H₂O熔盐和4.12g KCl熔盐的混合物。

步骤二③中以BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶为前驱体，通过局部化学微晶取代合成纯相的 BaTiO₃片状微晶模板具体是按以下步骤进行的：

取13g BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶及7.30g BaCO₃，然后将13g BaBi₄Ti₄O₁₅片状微晶、7.3 g BaCO₃及20.3g熔盐混合，得到混合原料F，再以无水乙醇作为介质，对混合原料F磁 力搅拌24h，然后将磁力搅拌后的混合原料F置于温度为90℃的烘箱内烘干，得到干燥 粉料F，然后将干燥粉料F置于刚玉坩埚中，在温度为975℃下煅烧4h，得到煅烧产物F， 将煅烧产物F经超声波分散后，然后用去离子水清洗，直至洗涤液中不含Cl^-，再用稀硝 酸清洗直至清洗后的稀硝酸呈酸性，得到纯相的BaTiO₃片状微晶模板；

所述的熔盐为8.92g NaCl熔盐和11.38g KCl熔盐的混合物。

图5是实施例三制备的高电学性能的铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅弛豫铁电织构陶瓷的 XRD图谱；由图可以看出该织构陶瓷也具有纯的钙钛矿相结构。和实施例一所制备的样 品类似，该织构陶瓷的(100)和(200)峰强度也非常强，非{001}峰强度非常弱，显示陶 瓷具有强的[001]取向。经过对该XRD图谱采用Lotgering因子(F_00l)分析的方法计算， 该材料F_00l近似为90％，说明该陶瓷沿[001]高度取向。