非鉛系圧電セラミックス材料の実用化開発研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555168
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 竹中 正 東京理科大学, 理工学部, 教授 (70096709)
• 研究分担者: 野村 武史 TDK株式会社, 基礎材料研究所, 取締役・所長
• キーワード: 無鉛圧電セラミックス / 強誘電体 / 電気機械結合係数 / ペロブスカイト化合物 / チタン酸ビスマスナトリウム / 圧電性

研究概要

酸化鉛(PbO)を含まない環境にやさしい非鉛系圧電セラミックスの実用化に貢献できる材料開発の研究結果を基礎として、実用化に耐える新非鉛系圧電セラミックス材料を開発することを目的とする。具体的には、その基礎研究の結果から最も実用化に近いと考えられるぺ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]系各種固溶体組成からなる強誘電体セラミックスを取り上げ、非鉛系圧電セラミックスとして実用化する上で重要なそれらの物理的・電気的・機械的諸特性を最新の分析・測定装置を駆使して詳細に調査し、実用化への足がかりとする。
本年度は、(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3[BNT]セラミックスの圧電的諸特性に及ぼす添加物効果を調査した。添加物として、MnCO_3、Nb_2O_5およびFe_2O_3を選び、これらの試料を通常のセラミックス焼成技術により作製し、得られたセラミックス試料の物理的および電気的諸特性を詳細に調べた。その結果、Mnを添加すると低い分極処理電界で分極処理できた。Nbを添加すると、Nb添加量と共にキュリー点Tcが低下し、NbはB位置のTiを一部置き換えることがわかり、電気機械結合係数k_<33>が高められた。さらに、Fe_2O_3の添加は、試料作製条件に大きく依存し、定量的な結論は得られなかった。次年度は、実用化に向けて、最適組成の試料を系統的に作製し、実用化に必要な分極処理条件と圧電的諸特性との関連を詳細に調べる。

研究成果

• [文献書誌] K.Komura,H.Nagata and T.Takenaka: "Ferroelectric Properties of Bismuth Layer-Structured Oxides"Ferroelectrics. 218. 233-240 (1998)
• [文献書誌] H.Nagata,N.Koizumi and T.Takenaka: "Lead-Free Piezoelectric Ceramics of (Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3-BaTiO_3-BiFeO_3 System"Electroceramics in Japan II(Proceedings of the 18th Electronics Division Meeting of the Ceramic Society of Japan). 37-40 (1999)
• [文献書誌] M.Komatsu,T.Ogino,S.Hishita,K.Oyoshi,N.Ohashi,H.Haneda and T.Takenaka: "Metastable Defects in Oxide Thin Films"Electroceramics in Japan II(Proceedings of the 18th Electronics Division Meeting of the Ceramic Society of Japan). 155-158 (1999)
• [文献書誌] T.Takenaka and H.Nagata: "Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Lead-Free(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3-KNbO_3-1/2(Bi_2O_3・Sc_2O_3)Ceramics"Proc.the 11th IEEE International Symposium on the Applications of Ferroelectrics(ISAF XI '98)(IEEE Catalog No.98CH36245). 559-562 (1999)
• [文献書誌] H.Nagata N.Chikushi and T.Takenaka: "Ferroelectric Properties of Bismuth Layer-Structured Compound Sr_xBi_<4-x3>Ti_<3-x>Ta_xO_<12>(0【less than or equal】x【less than or equal】2)"Jpn.J.Appl.Phys. 38,part 1,No.9B. 5497-5499 (1999)
• [文献書誌] T.Takanaka: "Piezoelectric Properties of Some Lead-Free Ferroelectric Ceramics"Ferroelectrics. 230. 87-98 (1999)
• [文献書誌] H.Nagata,N.Koizumi,N.Kuroda,I.Igarashi and T.Takenaka: "Lead-Free Piezoelectric Ceramics of(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3-BaTiO_3-BiFeO_33 System"Ferroelectrics. 229. 273-278 (1999)
• [文献書誌] H.Nagata,T.Takahashi,N.Chikushi and T.Takenaka: "A Series of Bismuth Layer-Structured Ferroelectrics"Ferroelectrics. (掲載決定). (2000)