成果報告書詳細
管理番号20090000000111
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 「ナノテク・先端部材実用化研究開発 高性能無鉛圧電アクチュエータの開発」
公開日2009/8/26
報告書年度2006 - 2009
委託先名株式会社富士セラミックス 戸田工業株式会社 富士電波工業株式会社
プロジェクト番号P05023
部署名ナノテクノロジー・材料技術開発部
和文要約戸田工業(株) ラボスケールで合成に成功したBNT粒子を量産化するためラボスケールから量産スケールへ生産を移行させた。 ラボスケールでの合成条件は量産スケールでは設備制約から達成が出来ないことがわかった。 具体的には、金属容器を使用すると、イオン化傾向の低いBi金属が容器壁の金属を溶かし出して析出するため、テフロン容器を使用せざるを得ない。テフロンでは230℃がオートクレーブ常用の上限温度である。反応のパラメーターを種々検討し、230℃条件下で水熱条件を最適化し、単相の目標組成BNT粉末が得られた(B:Na:Ti=0.54:0.46:1)。 得られた水熱条件で3kgのサンプルを作製し、3度提出した。またBNT粒子の結晶性の更なる向上を検討し、量産性は確保されていないが、いくつかの結晶性の良いサンプルを作り出すことに成功した。 富士電波工業(株) 28GHzマイクロ波加熱によるビスマス系複合機能ナノ粒子のペレット状セラミックスと積層体セラミックスの焼結の最適条件を検討した。 ペレット状サンプルと積層体サンプルでは最適焼結温度に大きな差があることが判明した。 最適な条件で焼成すると、反りやクラックの無い均一な積層体セラミックスが作製でき、相対密度98%以上で、焼結体の結晶粒径も3μm以下であった。焼結体の粒径は、焼成温度への依存は大きいが、保持時間を長くしても大きくならないことも判明した。 (株)富士セラミックス ナノ粒子(Bi,Na)TiO3により積層アクチュエータを作製し、その評価を行った。 焼結プロセスにおいて(Bi,Na)TiO3粉はその組成比に依存して、ビスマス層状構造のNa0.5Bi4.5Ti3O15が生成してしまうことが判った。 ナノ粒子の組成比、焼結条件を最適にすることで単相(Bi,Na)TiO3で構成されている積層アクチュエータを作製した。 作製した積層アクチュエータに正弦波の電圧を印加することで駆動し、その変位特性の測定をおこなった。 また積層アクチュエータの耐久性についても試験を行った。
英文要約TODA KOGYO CORPORATION  The BNT particle with the higher crystallinity and stoichiometry are wrestled with taking the technology of the barium titanate synthesis into account. As a result, for the target composition of Bi : Na : Ti = 0.5 : 0.5 : 1, the composition becomes 0.57: 0.46: 1 near to the target.  It is concluded that the wet synthesis technology on the BNT particle based on the hydrothermal technique in the laboratory scale. The product scale was shifted from a laboratory scale to a mass production scale.  The synthesis condition on the laboratory scale was not possible from facilities limitation on the mass production scale. Teflon vessel cannot help using because of Bi metal of the lower ionization tendency make the metal of the vessel wall to dissolve.  230 degrees Celsius are the upper limit temperature of the autoclave common use in the Teflon. A parameter of the reaction in various synthesis conditions was examined and a suitable condition under 230 degrees Celsius was optimized, and the target composition of BNT powder (B:Na:Ti = 0.54:0.46:1) with the single-phase was provided.  A sample of 3kg was provided in the suitable condition and submitted it three times. In addition, the further improvement of the BNT particle in the view point of the crystallinity was succeeded in spite of uncertain the mass productivity. FUJIDEMPA KOGYO CORPORATION The optimal conditions for sintering Bi-based multi-functional nano particles were investigated in order to obtain pellet and multilayer ceramics. The optimal sintering temperatures for pellet types and those for multilayer types were quite different from each other.  Heating on the optimal conditions made it possible to obtain homogeneous multilayer ceramics without warps or cracks, the relative density of which was greater than 98% and the grain size of which were less than 3 micrometers. There is a strong correlation between the grain sizes and the sintering temperatures, but there is a weak correlation between the grain sizes and a sintering time.  FUJI CERAMICS CORPORATION The multilayer actuator was made with (Bi,Na)TiO3 nanoparticles, and the evaluation was executed.  It turned out that (Bi,Na)TiO3 powder formed Na0.5Bi4.5Ti3O15 in the sintering process depending on the composition ratio. The multilayer actuator that optimized the composition ratio and the sintering condition of nanoparticles and was composed of single phase (Bi,Na)TiO3.  It drove by impressing the voltage of the sine wave to the multilayer actuator, and the displacement characteristic was measured.  Moreover the durability of the multilayer actuator was examined.
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