圧電セラミックスの繊維強化によるユニークな機能発現

• Project/Area Number: 18656197
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Composite materials/Physical properties
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 若島 健司 Tokyo Institute of Technology, 精密工学研究所, 教授 (70016799)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2007: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2006: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: 複合材料 / 繊維強化 / 圧電材料 / PZT / アルミナ / 圧電異方性 / 捩れバイモルフ / スクリーン印刷

Research Abstract

昨年度に引き続き、1250℃レベルの高温焼成により作製した一方向整列アルミナリボン強化PZT厚膜について、少なくとも|d_<32>-d_<31>|=20pn/V程度の面内圧電異方性(d_<31>=-(85±5)pm/V、d_<32>=-(105±5)pm/V)が発現すること、また、この一方向強化ラミナによる[+45°/-45°]反対称斜向積層"捩れ"バイモルフの短冊状供試体(長さ=30mm、幅=4mm、厚さ=300μm)は、印加電圧V_<p-p>=10Vで150kHz近傍に鋭い共振応答が現れることを再確認し、以前に考案した独自の解析モデル(Mater.Sci.Forum,Vols.475-479(2005)2083-2088)を用いて、弾性率、誘電率、電気機械結合係数を含む一連の結果の妥当性を検討した。一方、フレキシブルポリマー基板として選択した耐熱ポリイミド(PI)フィルムにおける500℃レベルでの低温焼成に関しては、PZT粉末とアルミナ粉末のバインダーとして各々の前駆体であるMOD(Metal-Oxide Decomposition)溶液、またはコロイダルシリカ水溶液(Cerama-Bind ^<TM>644;AREMCO社)を用いて試行錯誤的に様々な作製プロセスを検討し、また、PI基板と焼成厚膜との良好な密着性を確保するうえで極めて効果的であったPIフィルムの表面改質剤シリカ"ナノ"粒子分散ポリアミック酸溶液(コンポセラン^<TM>;荒川化学工業)を用い、Ni粉末を充填した内部電極層の作製を試み、種々の問題点を把握した。特に、バインダーの固化収縮により導入される空隙は、必然的に焼成体の弾性率や誘電率の低下をもたらすが、空隙率が同じでも、空隙の三次元的な連結性の違いによって、それらの物性値は異なることを明らかにした。