連続傾斜機能圧電材料作製への電気泳動法の応用と材料強度特性

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K06060
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 高知工科大学
• 研究代表者: 楠川 量啓 高知工科大学, システム工学群, 教授 (60195435)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 傾斜機能圧電材料 / 電気泳動堆積法 / 曲げ強度

研究成果の概要

電気泳動堆積法を用いて，傾斜機能圧電セラミックスを作製し，その強度特性を明らかにした．圧電特性の異なる２種類のニッケル酸ニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛 (PNN-PZT) 仮焼紛を，それぞれエタノール溶媒に混合した懸濁液を準備し，これによる電気泳動堆積の最適なプロセス条件を見出した．次に，2種類の懸濁液の割合を連続的に変化させながら堆積を行うことで，傾斜機能圧電セラミックスを成形した．この成形材をさらに加圧した後に焼結することで，傾斜機能性圧電セラミックスの強度を向上させることができた．この焼結材は緻密な微視構造を有しており，3点曲げ強度はEPDのみによる成形材の3倍程度高いことが分かった．

自由記述の分野

材料強度学

研究成果の学術的意義や社会的意義

屈曲変位を出力する圧電アクチュエータの代表的なものはバイモルフ型と呼ばれる金属製シム板と圧電セラミックスを接合した構造を有する．このタイプのアクチュエータでは異種材料を接合しているため，長期使用に対する強度信頼性が低い．これに対し単一材料内で圧電特性を傾斜させたセラミックスを用いるモノモルフ型ではこの欠点を除くことができる．本研究では電気泳動堆積法によりこの傾斜機能圧電セラミックスを作製した時の強度特性を明らかにしたことにより，この成形法によるモノモルフ型アクチュエータの実用化に対し重要な知見が得られた．