水系テープ成形技術の圧電セラミックスへの応用

４．結果と考察
　４．１　スラリーの配合比
　今回の実験では以前ジルコニアのグリーンシートを作製したのと同様な方法で最適なスラリーの配合比を決めた⁴⁾。
　溶媒（水）量と結合剤量を変えてシート成形を行ったところ，以下の傾向がみられた。水の量が少ない場合は，混合中にボールに粉体が付着して混合が困難になった。水が多い場合は，スラリーの粘弾性が失われ，成形するとシートの形状が崩れた。
　他方結合剤が少ない場合は，粉体との混合が不十分になり乾燥するとシートにクラックが入った。結合剤が多い場合は，シートがべとつき乾燥しづらくなった。
　最適な配合比は重量比で下記の値となった。

原料水結合剤界面活性剤

100 8 34 2

ＰＺＴの比重は，約8.0g/cm³で大きい。l及びＨの値は大きくは変えれない。従って，(1)式からスラリーの粘性はかなり高くなるものと予想される。最適組成のスラリー粘性の経時変化を図２に示す。５時間以上でスラリー粘度は安定し，キャスティング前のスラリ

ーの粘性は予想通りかなり高くなった。スラリーの粘性が高いので配合の調整は難しくなった。その最適配合比からわずかでもはずれると，乾燥時にクラックが入るなど困難な点がみられた。

　４．２　焼成条件
　グリーンシートの重量分析(TG)-示差熱(DTA)曲線を図３に示す。室温から200℃にかけて，溶媒（水）の蒸発と，結合剤を構成する有機物の分解・燃焼による重量減少がみられた。DTAから有機物の分解・燃焼による２つの発熱ピークが，350℃と450℃付近で観測された。以上から，グリーンシートの脱脂条件を図４のように決めた。
　次にＰＺＴ原料粉末のTG-DTA曲線を図５に示す。TG曲線から以下のことがわかる。ＰＺＴは，1000℃から鉛の輝散による緩やかな重量減少がみられた。1100℃以上では鉛の輝散が顕著であったが，焼結を進め，圧電性を持たせるにはより高温が必要であり，1240℃で焼成を行うこととした。また，焼結終了後に1040℃で焼鈍を行うことは圧電性（特に機械的品質係数(Qm)）を発揮するのに有効であった。焼成パターンを図６に示す。

　４．３　圧電セラミックスの評価
　アルキメデス法で測定した焼結体密度は7.54g/cm³であった。焼結体のＸ線回折パターンは，図７に示すようにペロブスカイト単相となった。正方晶系と仮定してCohenの式5)から格子定数を計算するとa=4.04Å，c=4.11Å，c/a=1.017となり，ＰＺＴはＭＰＢ相境界

に近い組成であることがわかる。走査型電子顕微鏡(SEM)で焼結体表面の微構造を調べると，2～5μmの粒径であった。電気機械結合係数(k31)は30.1%，機械的品質係数(Qm)は1280で，プレス法で試作した試料の値とほぼ同じ値が得られた⁶⁾。

５．結　　言
　シート成形法でＰＺＴ圧電セラミックスを試作した。その結果以下のことを明らかにした。

(1) スラリーの配合比はＰＺＴ粉末100g，水8g，結合剤34g，離型剤2gが最適であった。

(2) キャスティングは，フィルム送り速度0.56cm/秒，第１ブレード隙間1.5mm，第２ブレード隙間1.0 mmで行い，厚さ0.4mmのグリーンシートを得た。

(3) 焼結体は，正方晶系のペロブスカイト結晶構造であることを確認した。格子定数は，a=4.04Å，c= 4.11Åであった。

(4) 電気機械結合係数(k31)は30.1%，機械的品質係数 (Qm)は1280であった。

謝　　辞
　本研究を遂行するに当たり，終始適切なご助言を頂いたニッコー株式会社，防衛大学校教授山本孝氏，富山県立大学工学部教授安達正利氏に感謝します。

参考文献

1) 鈴木傑:セラミックス成形－ドクターブレード法によるスラリー－,名古屋工業大学セラミックス研究　施設年報,Vol.3,p.1-12(1993)

2) 永田公一:懸濁液のレオロジカルな性質とアルミナ　グリーンシート特性,日本セラミックス協会学術論文誌,Vol.100,No.10,p.1271-1275(1992)

3) 大塚寛治,大沢義幸,山田耕一郎:アルミナセラミックスのドクターブレード方式によるキャスティング条件とそれが成形体に及ぼす影響の研究（第１報）,窯業協会誌,Vol.94,No.3,p.351-359(1986)

4) 北川賀津一,山名一男,中村静夫:セラミックス型高効率燃料電池の基礎,石川県工業試験場研究報告, No.43,p.27-32(1994)

5) カリティ,松村源太郎訳:新版Ｘ線回折要論,アグネ, p.320-337(1980)

6) Kaduichi Kitagawa,Shizuo Nakamura,Yoshiteru Douguchi, Hisakazu Fujimoto,Mikio Takimoto,Katuhiro Miyazaki and Takashi Yamamoto:Piezoelectric Properties of Pb(Zr,Ti)O3 Ceramics for the High-Power Use, Proceedings of the 14th International Japan-Korea Seminar on Ceramics, p.9-12 (1997)

トップページ

研究報告もくじ

(1)	スラリーの配合比はＰＺＴ粉末100g，水8g，結合剤34g，離型剤2gが最適であった。
(2)	キャスティングは，フィルム送り速度0.56cm/秒，第１ブレード隙間1.5mm，第２ブレード隙間1.0 mmで行い，厚さ0.4mmのグリーンシートを得た。
(3)	焼結体は，正方晶系のペロブスカイト結晶構造であることを確認した。格子定数は，a=4.04Å，c= 4.11Åであった。
(4)	電気機械結合係数(k31)は30.1%，機械的品質係数 (Qm)は1280であった。

1)	鈴木傑:セラミックス成形－ドクターブレード法によるスラリー－,名古屋工業大学セラミックス研究　施設年報,Vol.3,p.1-12(1993)
2)	永田公一:懸濁液のレオロジカルな性質とアルミナ　グリーンシート特性,日本セラミックス協会学術論文誌,Vol.100,No.10,p.1271-1275(1992)
3)	大塚寛治,大沢義幸,山田耕一郎:アルミナセラミックスのドクターブレード方式によるキャスティング条件とそれが成形体に及ぼす影響の研究（第１報）,窯業協会誌,Vol.94,No.3,p.351-359(1986)
4)	北川賀津一,山名一男,中村静夫:セラミックス型高効率燃料電池の基礎,石川県工業試験場研究報告, No.43,p.27-32(1994)
5)	カリティ,松村源太郎訳:新版Ｘ線回折要論,アグネ, p.320-337(1980)
6)	Kaduichi Kitagawa,Shizuo Nakamura,Yoshiteru Douguchi, Hisakazu Fujimoto,Mikio Takimoto,Katuhiro Miyazaki and Takashi Yamamoto:Piezoelectric Properties of Pb(Zr,Ti)O3 Ceramics for the High-Power Use, Proceedings of the 14th International Japan-Korea Seminar on Ceramics, p.9-12 (1997)

原料	水	結合剤	界面活性剤
100	8	34	2