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

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650733
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 掛川 一幸 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (50009693)
• 研究分担者: 上川 直文 千葉大学, 工学部, 助手 (60282448)
• キーワード: 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

研究概要

先ず、放電プラズマ焼結法を用いてPbTiO_3-PbZrO_3-Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3系固溶体の焼結特性に関して検討を行った。これにより、緻密で電気的特性の優れた焼結体を得る条件が確定された。また、この検討過程を通して、当該系の透明焼結体を得ることに成功した。この系で透明焼結体が得られるのは、この研究が初めてである。
次に、異なる組成のPbTiO_3-PbZrO_3-Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3系固溶体の仮焼粉末をいくつか調製し、それらの混合物を放電プラズマ焼結法により焼結を行い、組成および電気特性を検討した。その結果、十分に焼結された試料においても、焼結前の組成分布を維持していることが分かった。比較のため、従来の焼結法でも同様な検討を行ったが、平均組成を中心に、わずかに組成の分布を持つ状態へと変化してしまうことが判明した。したがって、焼結前の組成の分布を維持したまま、十分焼結させるには、放電プラズマ焼結法を用いることが重要であることが判明した。
放電プラズマ焼結法による焼結時の組成の変化については、PbTiO_3-PbZrO_3系やPbTiO_3-PbZrO_3-Pb(Mg_<1/3>Nb_<2/3>)O_3系についても検討し、焼結前の組成の分布を保持しつつ緻密な焼結体を得ることが可能であることを見いだした。
放電プラズマ焼結法では反応がほとんど進まないことから、仮焼状態で単一相の粉体を得ることが望ましい。そこで、湿式乾式組み合わせ法、高分子を用いた均一沈殿法などにより焼結原料物質を調製する方法を開発し、焼結活性が高く、しかも単一相の原料を得ることに成功した。
さらに、放電プラズマ焼結法を用いて2種類の組成からなる焼結体を得、これを熱処理することにより、傾斜機能を持った焼結体を作製することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] Y. Abe, S. Taneda, K. Kakegawa, Y. Sasaki: "Determination of Compositional Fluctuation Region in Solid Solution of Lanthanum-modified Lead Zirconate Titanate"Journal of Materials Science. 36巻. 1039-1042 (2001)
• [文献書誌] N. Uekawa, J. Kajiwara, N. Mochizuki, K. Kakegawa, Y. Sasaki: "Synthesis of ZnO Nanoparticles by Decomposition of Zinc Peroxide"Chemistry Letters. 2001巻. 606-607 (2001)
• [文献書誌] N. Uekawa, S. Fukuda, K. Kakegawa, Y. Sasaki: "Effects of surface modification of α-FeOOH powder on the sintering process of ferrite compacts"Physical Chemistry Chemical Physics. 3巻. 5596-5601 (2001)
• [文献書誌] N. Uekawa, T. Sukegawa, K. Kakegawa, Y. Sasaki: "Synthesis of Lead Nickel Niobate - Barium Titanate System by Oxidation of Polyethylene Glycol-Cation Complex"Journal of the American Ceramic Society. 85巻2号. 329-334 (2002)
• [文献書誌] Y. Abe, K. Kakegawa, H. Ushijima, Y. Watanabe, Y. Sasaki: "Fabrication of Optically Transparent Lead Lanthanum Zirconate Titanate ((Pb, La) (Zr, Ti)O_3) Ceramics by a Three-Stage-Atmosphere-Sintering Technique"Journal of the American Ceramic Society. 85巻2号. 473-475 (2002)
• [文献書誌] Y. J. Wu, R. Kimura, N. Uekawa, K. Kakegawa, Y. Sasaki: "Spark Plasma Sintering of Transparent PbZrO_3-PbTiO_3-Pb(Zn_<1/3>Nb_<2/3>)O_3 Ceramics"Japanese Journal of Applied Physics. 41巻. L219-L221 (2002)
• [文献書誌] 掛川一幸(執筆分担): "材料開発における結晶格子欠陥とその応用"アイピーシー. 571 (2002)