環境調和型無鉛圧電アクチュエータ材料の開発

环保无铅压电促动器材料的开发

基本信息

批准号：
19016018
负责人：
武田博明
金额：
$ 4.86万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology (2008)Nara Institute of Science and Technology (2007)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では(i)-100℃から200℃まで使用可能な圧電材料として, 無鉛ペロブスカイトであるチタン酸バリウムーチタン酸ナトリウム・ビスマス(Ba_<1-x>(Bi_<1/2>Na_<1/2>)_xTiO_3, 以降BBNT) セラミックスに, (ii)400℃まで使用できる材料としてタングステン酸ビスマス (Bi_2WO_6 : 以降, BWO) 単結晶に着目している. 本年度の研究成果は以下の通り. BBNTセラミックスにおいて, x=0.1でT_cが200℃になり, x=0.3まで230℃まで上昇する. それ以降では殆ど上昇せず, x=0.5以上では誘電率温度特性でピーク温度が周波数依存を示し始めることがわかった. BWOに関して, その単結晶は高い電気機械結合係数k_<33>=36%を有し, 400℃まで高い抵抗率を有し高温用圧電材料として有望であることを示した. さらに本年度は優れた圧電特性を有する(K_<0.5>Nb_<0.5>)O_3(KNN)に着目し, 添加物制御により高い品質係数Q_mを有する材料の探索ならびにそのデバイス応用を試みた. KNNに対してLiNbO_3とCuOを適量添加し, 高い内部電界を得るために小さな粒径のセラミックスを作るという設計指針のもと材料開発を進めた結果, [(Na_<0.5>K_<0.5>)_<0.98>Li_<0.02>]NbO_3 (KNNL2)+0.45mol%CuOという組成でQ_m=1400という値を得ることができた. 本成果を元に圧電定数d_<15>=155pC/Nを示す圧電セラミックスを合成し, 超音波モータを試作しその駆動特性を評価した. その結果, 最大回転数313rpm, 最大トルク19.6μNm, 最大有率1.6%の値が得られ, これまで報告されている無鉛超音波モータより大きいトルク密度が得られることが分かった.

在这项研究中，（i）用于陶瓷的钛酸钡-钛酸铋钠（Ba_<1-x>（Bi_<1/2>Na_<1 /2>）_xTiO_3，以下简称BBNT），（ii）钨酸铋（Bi_2WO_6：以下为可在400℃以下使用的材料） BWO）今年我们的研究重点是单晶，在x=0.1时，T_c达到200℃，而x=0.3时，T_c几乎没有增加。发现对于BWO，介电常数-温度特性的峰值温度在x=0.5以上开始表现出频率依赖性。该单晶具有较高的机电耦合系数k_<33>=36%，电阻率高达400℃，表明其作为高温压电材料很有前景（K_<0.5>Nb_<0.5>）。 O_3(KNN)，我们试图通过控制添加剂来寻找具有高品质因数Q_m的材料并将其应用于设备中。基于在KNN中添加适量LiNbO_3和CuO并制造小晶粒陶瓷以获得高内电场的设计准则进行材料开发，我们发现[(Na_<0.5>K_<0.5>) _<0.98>Li_<0.02>]NbO_3我们能够得到Q_m=1400的值，其组成为(KNNL2)+0.45mol%CuO，基于此结果，我们合成了压电常数d_<15>=155pC/N的压电陶瓷，并用它来驱动。我们制作了一个超声波电机并对其驱动特性进行了评估，结果最大转速为313 rpm，最大扭矩为19.6 μNm，结果发现，获得了1.6%的最大扭矩密度，并且获得了比迄今为止报道的无铅超声波电机更大的扭矩密度。