Bi 系圧電セラミックスの低温焼結のための スパークプラズマ焼結法の最適化

摘要

現在環境問題の観点から、Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)系セラミックスに代わる高性能な鉛フリー圧電材料の開 発が急務となっている。強誘電体に見られるマクロなドメイン構造とともに、ナノサイズの微細なドメイン 構造を導入することで、高い圧電応答の起源とされるドメイン壁が高密度で形成され、優れた圧電特性を有 する鉛フリー圧電材料を作製できると考えられる。 これまでに、 リラクサー挙動を示す BaTiO3-Bi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O3 (BT-BMT)と強誘電体である BiFeO3 (BF)の固溶体である BT-BMT-BF セラミックスを固相法により作製し、そ の結晶構造及びドメイン構造を観察した結果、擬立方晶ペロブスカイト構造を有する 0.3BT-0.1BMT-0.6BFセ ラミックスにおいて、マクロドメインとナノドメインの共存した構造が確認された。しかし、Bi 揮発に起因 する種々の欠陥生成によりリーク電流の増加やドメインピニング等の問題が生じ、圧電特性は PZT に及ばな い。本研究では Bi の揮発を抑制するため低温で焼結を行えるスパークプラズマ焼結（SPS）法を採用した。