複合機能粉体加工プロセス・材料開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11221203
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 渡辺 龍三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005341)
• 研究分担者: 川崎 亮 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50177664) ; 大森 守 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30005954) ; 李 敬鋒 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50241542)
• キーワード: 機能複合化 / 粒子配列 / 単分散粒子 / オリフィス噴射法 / 熱電材料 / 圧電材料 / 粉体スラリー技術 / 放電焼結

研究概要

今年度で実施した主な研究内容は以下の3項目:(1)粉体スラリーのディスペンサー噴射・配列技術の開発;(2)金属粒子分散圧電複合セラミツクスと傾斜機能圧電アクチュエータの開発;(3)ブラズマ放電焼結による新規複合焼結材料の開発、などからなっている。得られた主な成果は以下の通りである:(1)ディスペンサー方式により、様様な複合構造体やデバイスを作製するための2次元パターンを形成することができるようになった。粉体スラリーのレオロジー特性、噴射ペンと基板との距離をコントロールすることにより、圧電セラミックスのロッドアレイを作製することができるようになった。さらに、コンピュータソフトを開発して、ディスペンサー方式で同じ基板上に金属とセラミックスの複合パターンを形成することも可能になった。(2)圧電セラミックスマトリックスに白金微粉末を分散添加することにより、誘電率と機械的性質を同時に向上させることを示した。さらに、広い組成範囲にわたって複合体の圧電特性、誘電特性、弾性率などの物性を初めて系統的に調べて、その実測データを用いて傾斜機能圧電アクチュエータの性能設計を行って、応力緩和機能と圧電変位特性の両方を考慮した最適化設計手法を確立した。ジルコン酸チタン酸鉛と自金の傾斜機能化およびジルコン酸チタン酸鉛内での気孔率の傾斜分布化により、材料力学的な計算から予測される理論値とほぼ一致する屈曲変位を得た。(3)ノイズ解析手法を用いて、急速固化が可能できる放電プラズマ焼結のメカニズムについて研究を進めて、さらに酸化物セラミックスの共晶組織による機能複合化について新しい知見が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 李敬鋒, 高木, 寺久保, 渡辺: "Electrical and mechanical properties of piezoelectric ceramics/metal composites in the Pb(Zr, Ti)O_3/Pt system"Applied Physics Letters. 79・15. 2441-2443 (2001)
• [文献書誌] 川崎亮, 康, 渡辺, 市来: "悼分散熱電マイクロ粒子の規則配列焼結とその熱電特性"マテリアルインテグレーション. 14・8. 51-55 (2001)
• [文献書誌] 李敬鋒, 渡辺, 田中, 江刺: "シリコンモールディング法による3次元マイクロ構造体の作製と微小電気機械システムへの応用"マテリアルインテグレーション. 14・8. 45-50 (2001)
• [文献書誌] 高木健太, 李, 横山, 渡辺, Almajid, Taya: "Design and Fabrication of Functionally Graded PZT/Pt Piezoelectric Bimorph Actuator"Science and Technology of Advanced Materials. (印刷中). (2002)