研究課題
非鉛圧電材料の分野で、現在もっとも強く求められている動作温度範囲の広い非鉛圧電アクチュエータ材料を新しく開発することを目的とする。具体的には、アクチュエータの動作温度範囲を左右する相転移(脱分極)温度T_dが200℃以上で、かつ、変位量を決定する圧電歪み定数d_<33>が300pC/N以上となるような非鉛圧電セラミックス材料を開発することを目標とする。それらの候補として、ペロブスカイト型(Bi_<1/2>Na_<1/2>)TiO_3[BNT]-(Bi_<1/2>K_<1/2>)TiO_3[BKT]-BaTiO_3[BT]3成分とその変成固溶体系および高密度KNbO_3系強誘電体セラミックスで、非鉛圧電アクチュエータを設計・製作し、その性能を詳しく調査することにより、非鉛圧電アクチュエータの新しい可能性を開拓しようとするものである。1.MPBを有するBNT-BKT二成分系に(Bi_<1/2>Li_<1/2>)TiO_3[BLT]を加えたxBNT-yBLT-zBKT三成分系[BNLKT100y-100z]セラミックスに注目し、T_dの高温化とd_<33>の改善を目指した。菱面晶組成であるBNLKT4-8で、T_d=221°Cまで高温化し、高温でも圧電性の劣化が少なく、安定していることがわかった。2.菱面晶組成BNLKT4-8、Mnを0.6wt%添加したBNLKT4-8Mn0.6、およびハードPZT-Hの(31)モードのQ_m(31)の振動速度v_<0-p>依存性から、v_<0-p>が大きくなるとQ_m(31)は減少し、その減少する割合はBNLKT4-8とBNLKT4-8MnO.6の方が従来の鉛系PZT-Hよりも小さい。3.高密度KNbO_3(KN)系強誘電体セラミックスの圧電的諸特性やその温度特性を詳細に調査した。Mn添加(KN+Mn0.1wt%)セラミックスの分極直後では、共振-反共振波形が十分に位相反転し(θ_<max>=88.1°)、k_<33>=0.51およびQ_m=391であった。KN+Mn0.1の1年経過後の共振-反共振波形でも、分極直後と同様の波形が得られ、Mn添加により経年劣化の小さいKN系セラミックスが得られることが分かった。
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