2017 Fiscal Year Annual Research Report
巨大な電気光学効果をもつ非鉛光学用配向多結晶セラミックス開発と制御
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17H03125
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
田中 諭 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20324006)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本間 剛 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70447647)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 粉体合成 / 結晶配向 / 焼結 / 透明セラミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多結晶の利点である微細構造制御と添加物による組成制御、および、単結晶で見出された優れた光学特性を併せ持つ光学デバイスを開発し特性向上を目指す。本研究では、磁場を用いたコロイドプロセスによる結晶配向制御と高密度焼結によって、結晶異方性をもち、かつ、電気光学効果に優れるタンタル酸ニオブ酸カリウムの多結晶透明セラミックスを開発することを目的として、その粉体合成、配向、焼結に関する基礎科学から、さらには微構造制御までを行う予定である。
初年度は、粉体合成と磁場中配向までを主に検討した。物質としては、タンタル酸ニオブ酸カリウムに加えて、ニオブ酸バリウムナトリウム（一部タンタル添加）についても検討した。なおこの系はタングステンブロンズ型の結晶構造をもち異方性が大きく、電気光学係数も大きな値が得られることが期待できる。ペロブスカイト系酸化物のタンタル酸ニオブ酸カリムとの比較として当初からの予定の物質である。いずれも固相反応で合成を行い、原料粉の粒子径の調整、反応温度と時間を検討することで、配向に適すると思われるサブミクロンからそれ以上の粒子径を持つ粉体を合成している。特に原料である酸化ニオブ粉の粒子径が合成粉の粒子径制御に重要であることが明らかとなった。合成粉について高磁場中での配向を試み、ニオブ酸ストロンチウムバリウムナトリウムでは静置磁場でc軸配向、ニオブン酸バリウムナトリウムの系では回転磁場によりc軸配向することが明らかとなった。配向の結果から、合成粉の粒子径を調製するための反応条件についてフィードバックし再検討している。
焼結については両者ともに焼結初期から粒成長する様子が顕著にみられることから、昇温プロファイルを複数検討することで粒成長を抑制した緻密化条件について検討を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
原料粉の合成条件と配向までが一つの大きな課題であるが、粉体合成ができることが明らかとなった。一部の試料では配向体の作製と焼結まで進んでいる。
タンタル酸ニオブ酸カリウムについてはニオブとタンタルの比の異なる組成について、原料粉体の合成を行い、反応温度と時間により単相化することを明らかにした。合成粉の粒子径については、反応に用いる酸化ニオブの粒子径を予め調整することで、制御できることがわかった。磁場中での配向については、正方晶性が大きい系においてc軸配向することを明らかにできた。成形体については現在検討中である。一方、電気光学効果の期待でき、比較材料でもあるニオブ酸バリウムナトリウムについては、タンタルの添加の有無の2つの系において粉体合成と配向について検討を行い、単相化させることができた。
焼結についても検討を始められている。タンタル酸ニオブ酸カリウムの焼結条件の検討を開始している。無配向体では相対密度で93％以上となる条件を明らかにした。一方、ニオブ酸バリウムナトリウムの系では配向体の作製とその焼結条件についても検討を行うことができた。配向体についてはタンタル添加の系で相対密度93%以上になる条件を明らかにした。これらは高温等方加圧焼結の緻密化条件の検討に移行することができる。
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| Strategy for Future Research Activity |
タンタル酸ニオブ酸カリウムの粉体合成を引き続き行い、スラリー調製、配向、焼結を行う。粒子径が1μm以上で配向するが、それ以下では難しい。緻密化のためには粒子径を抑えつつ焼結を進行する必要がある。従って今後は粒子径の分布に着目し、配向と緻密化を両立する条件を検討する。タンタルとニオブの比については、引き続き検討を行い、将来的には混合する。
ニオブ酸バリウムナトリウムについては、透明体の作製条件を検討する。同時に異方性焼結に関する知見も得る。その中で粒子径、成形時の配向性、焼結時の粒成長に伴う配向構造発達を検討する。
得られた透明体については、キャラクタリゼーションを行うとともに、特性評価へと移行する。
超電導磁石の冷却機の能力低下がみられることから、その対策を講じる必要がある。
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Research Products
(33 results)
