高機能新圧電セラミック材料の開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650790
• Research Institution: FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY,SCIENCE UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 竹中 正 東京理科大学, 理工学部・電気工学科, 教授 (70096709)
• Keywords: 圧電セラミックス / 電気機械結合係数 / ビスマスペロブスカイト化合物 / 強誘電体 / ビスマス層状構造強誘電体

Research Abstract

通常のセラミックス焼成技術により、(1-x)Bi(Ni_<1/2>Ti_<1/2>)O_3-x・(Pb_<1->yBay)TiO_3+MnCO_3系の一連のセラミックス試料を体系的に作製し、誘電的、圧電的および機械的諸特性を詳細に調べた。X線回析の結果、この組成はPbあるいはBaの比率によらず、x=0.2付近を境にして、xが大きい側がプロブスカイト型構造であることがわかった。Mnを0.02wt%添加することにより、室温の抵抗率は約10^<13>Ω・cmと大きく、D-Eヒシテリシスループの観察結果では、x=0.4、y=0の残留分極Prは34μC/cm^2であった。さらに、LFインピーダンスアナライザを用いた、共振-反共振法による圧電的特性の調査結果では、MnCO_3を0.02wt%添加したx=0.4における電気機械結合係数kは、それぞれの振動モードに応じて、kt=0.47,kp=0.325およびk33=0.515が得られた。さらに、三点曲げ強度が150Mpaで、ビッカース高度が3.8Gpaという機械的性質を有する。
総括として、これらのビスマスペロブスカイト系圧電セラミックスは、高温動作型、すなわち、キュリー温度Tcの高いビスマス層状構造強誘電体の性質と、機械的強度の大きなペロブスカイト型強誘電体であるチタン酸ビスマスナトリウム(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3[BNT]系の性質の両方の性質を兼ね備えている。また、環境問題が懸念される酸化鉛(PbO)の含有量が従来のPZT系よりもかなり少ない低鉛圧電セラミックスであるので、生態学的な見地および公害防止の面から、実用化された場合、その社会的意義は大きい。

Research Products

• [Publications] 竹中 正: "Possibility of New Bismuth Layer-Structured Ferroelectrics Nam_<-1.5>Bi_<2.5>NbmO_<3m+3>(2【less than or equal】m【less than or equal " Ferroelectrics. 185. 55-58 (1996)
• [Publications] 竹中 正: "Possibility of New Mixed Bismuth Layer-Structured Ferroelectrics" Japanese Journal of Applied Physics 35,Part 1. No.9B. 5080-5083 (1996)
• [Publications] 竹中 正: "Lead-free and Low-lead content Piezoelectric Ceramics for Environment" Ceramic Transactions. (発表予定).
• [Publications] 竹中 正: "Lead-Free Piezoelectric Ceramics Based on (Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3-NaNbO_3" Ferroelectrics. (発表予定).