放電プラズマ焼結法を用いた誘電,焦電材料の特性の設計

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650733
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 掛川 一幸 千葉大学, 工学部, 教授 (50009693)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上川 直文 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (60282448)
• Keywords: 放電プラズマ焼結 / 誘電体 / 焦電体 / 組成分布 / ソフトケミストリー / ペロブスカイト / 拡散 / 複合体

Research Abstract

2種の組成の混合粉体に組成傾斜をつけ,放電プラズマ焼結(SPS)により,広い温度範囲で高い焦電特性を示す材料を製造する方法を開発した。各種条件を幅広く検討し,20℃から50℃の範囲で高い焦電係数を持つ焦電体の製造に成功した。本研究1年目には,2つの組成の仮焼体の混合物をSPS法により焼結し2ヶ所の温度にピークを持つ焦電体を作製後拡散処理により同様の特性を持つ材料の合成に成功しているが,本方法では,粉体の状態で,希望の組成分布を持っているので,異種の組成勾配をもった粉体を混合し,その組成分布を保ったまま焼結する方法へと拡張する糸口を作ったと言える。
欠陥の少ない誘電材料を作るには,高い温度での仮焼条件が必要となり,焼結性の観点からは,低い仮焼条件が必要であった。SPSにおいては,低温条件で焼結するため,仮焼段階において十分反応を進め欠陥を除去する必要があり,焼結性との兼ね合いに問題があった。ここでは,高温で仮焼した粉体をナノマイザーを用いて粉砕することにより,高温仮焼粉体でも十分な焼結性が得られることを確認した。この結果により,これまでの問題をクリアし,高性能誘電体をつくる糸口となり,今後の研究の方向付けが行われた。
BaNd_2Ti_4O_<12>/Bi_4Ti_3O_<12>/BaNd_2Ti_4O_<12>層状焼結体をSPSを用いて製造することに成功した。この2種の構成成分の正と負の温度特性の組み合わせにより,高性能誘電体となりうる。しかし最適焼結温度が異なるため,層状の焼結体の製造は難しかった。本研究では,予め2枚のBaNd_2Ti_4O_<12>を焼結し,その間にBi_4Ti_3O_<12>の圧粉体を挟み,SPSすることにより,この層状構造を持った焼結体の製造に成功した。
SPSにより優れた焼結体をうるための出発粉体の製造法の開発も行った。本年度は,酸化亜鉛,酸化ニオブなどのナノ粒子を製造することにも成功した。

Research Products

• [Publications] K.Kakegawa, N.Uekawa, Y.J.Wu, Y.Sasaki: "Change in the compositional distribution in perovskite solid solutions during the sintering by SPS"Mater.Sci.Eng.. B99巻. 11-14 (2003)
• [Publications] N.Uekawa, N.Mochizuki, J.Kajiwara, F.Mori, K.Kakegawa: "Nonstoichiometric Properties of Zinc Oxide Nanoparticles Prepared by Decomposition of Zinc Peroxide"Phys.Chem.Chem.Phys.. 5巻. 929-935 (2003)
• [Publications] Y.J.Wu, N.Uekawa, K.Kakegawa: "Sandwiched BaNd_2Ti_4O_<12>/Bi_4Ti_3O_<12>/BaNd_2Ti_4O_<12> ceramics prepared by spark plasma sinering"Mat.Lett.. 57巻. 4088-4092 (2003)
• [Publications] N.Uekawa, M.Suzuki, T.Ohmiya, F.Mori, Y.J.Wu, K.Kakegawa: "Synthesis of Rutile and Anatase TiO_2 Nanoparticles from Ti-peroxy Compound Aqueous Solution with Polyols"J.Mater.Res.. 18巻. 797-803 (2003)
• [Publications] N.Uekawa, T.Kudo, F.Mori, Y.J.Wu, K.Kakegawa: "Low-temperature synthesis of niobium oxide nanoparticles from peroxo niobic acid sol"J.Colloid Interface Sci.. 264巻. 378-384 (2003)
• [Publications] K.Kakegawa, S.Sawahara, N.Uekawa: "SINTERING OF PB{ZR,TI,(MG_<1/3>MB_<2/3>)}O_3 CERAMICS BY SPARK PLASMA SINTERING AND THEIR COMPOSITIONAL DISTRIBUTION"Metallurgical and Materials Processing : Principles and Technologies. 1巻. 1157-1166 (2003)
• [Publications] N.Uekawa, R.Yamashita, Y.J.Wu, K.Kakegawa: "Effect of alkali metal hydroxide on formation processes of zinc oxide crystallites from aqueous solutions containing Zn(OH)_4^<2-> ions"Phys.Chem.Chem.Phys.. 6巻. 442-446 (2004)