|
BaTiO_3粉末の粒径、TiO_2の添加量、および熱処理温度を検討することにより、多結晶体中で二次再結晶が長時間完全に起こらない条件を見出した。これは反応性の低い比較的平均粒径の大きなBaTiO_3粉末を用いることで、核の生成と成長を抑えるTiO_2の効果が顕著に現れたものであった。二次再結晶抑制条件にはTiO_2の添加量すなわち液相生成量と焼成温度が密接に関係していた。多結晶粒子間に存在する液相中でのBaTiO_3の拡散量が極めて少ないために、二次再結晶が抑制されることを明らかにした。
また、本研究ではこの液相生成量を直流導電率の変化量として評価した。TiO_2添加量の異なるBaTiO_3多結晶体について導電率温度依存性を比較した結果、無添加の試料では、緩やかな変化であったのに対し、TiO_2を添加した試料では、共融点付近で導電率が急激に変化した。この場合、導電率の変化量はTiO_2の添加量に比例して増加した。これは、多結晶体中での液相生成量を反映した結果といえる。BaTiO_3単結晶および多結晶体の800〜1200℃における電気伝導度に関して、大気中ではBa/Ti比によらず1100℃付近を境としてp型からn型に変化することが報告されている。しかし、本実験で得られた共融点付近での1桁にも及ぶ導電率の増加は、電子伝導では説明できない。従って、この現象にはイオン伝導が関与しているものと考えられる。
次にこの二次再結晶抑制条件の下、多結晶体中に埋め込んだ種結晶を熱処理により大きく成長させる単結晶育成法を検討した。この結果、二次再結晶による悪影響を受けずに、通常の熱処理によりBaTiO_3単結晶の育成が可能であることを確認した。単結晶の成長は液相を介した溶解・析出型結晶成長によるもので、その成長速度は多結晶体中で生成する液相量の減少および熱処理温度の上昇に伴い増加した。成長した単結晶には、多結晶体中に存在する気泡が取り込まれていた。しかし、成長した単結晶部分と種結晶で比誘電率の温度特性や格子定数を比較した結果、それらに大きな違いのないことを確認した。従って、多結晶体中の密度を上げ気泡を取り除くことにより、良質な単結晶の育成が可能であることが示唆される。
|
