| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2005년 봄 (05/26 ~ 05/27, 무주리조트) |
| 권호 | 11권 1호 |
| 발표분야 | 전자재료 |
| 제목 | 무연 압전세라믹스 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO 3에 미치는 La2O3의 영향 |
| 초록 | 1. 서론 현재 폭 넓게 사용되고 있는 Pb계 압전세라믹스는 Pb 산화물의 유독성과 소결 과정 중에 Pb의 휘발에 의해 환경오염의 위해가 있으므로 Pb계 압전세라믹스의 사용은 규제가 있을 것으로 예상된다. 따라서 Pb계 압전세라믹스에 상당하는 에너지 변환 효율을 갖는 압전 특성의 무연(Lead-Free) 압전세라믹스의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 Pb계 압전세라믹스를 대체할 수 있는 무연 압전세라믹스 (Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(이하 BNBT)를 고려하였으며, 도핑 및 소결조제제로서 La2O3를 첨가하여 페로브스카이트 상의 합성률을 향상시키기 위한 시도를 하였으며, 소결 특성 및 전기적 특성을 연구하였다. 2. 실험 방법 0.94(Bi1/2Na1/2)TiO3-0.06BaTiO3[mol.%]+xat.%La2O3의(x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0) 조성에 맞추어 칭량한 후, zirconia볼과 증류수를 이용하여 24시간 볼 밀링을 한 후 건조와 분급을 거쳐 각각 850℃에서 4시간 동안 하소하였다. 하소된 분말은 분쇄공정을 거쳐 PVA(polyvinyl alcohol)를 1 wt.%를 첨가하여 48시간 동안 볼 밀링 한 후 slurry로 만들어 가열, 교반하면서 완전 건조시켰다. 제조된 분말은 직경이 18㎜인 원판모양으로 35㎫의 성형압력으로 일축 가압 성형하였다. 성형 후 대기분위기에서 각각 1200℃에서 4시간 동안 소결하였다. XRD를 사용하여 하소한 분말과 소결체의 상을 확인하였고, 소결 후 시편은 SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 소결 시편의 양쪽 면을 전도성 silver paste로 도포하여 650℃에서 20분간 소부하고, 시편을 50℃로 유지한 실리콘 오일 항온조에서 4-6㎸/㎜의 전계를 가하여 30분간 분극처리 하였다. 분극처리 된 시편을 24시간 동안 상온시효한 후, Impedance/Gain Phase Analyzer(HP4194A)를 사용하여 공진-반공진법으로 제반 유전 및 압전정수를 구하였다. 3. 실험 결과 Lead-free BNBT 압전세라믹스는 전통적인 벌크 세라믹 제조공정으로 제조하였다. 850℃/4hr의 하소공정에서 고상반응에 의한 페로브스카이트 단일상이 합성되었으며 1200℃/4hr의 소결 조건으로 소결밀도가 우수한 소결체를 얻을 수 있었다. 본 공정에서 La2O3의 첨가량에 따라 결정립크기는 비례적으로 감소하였고, 유전율은 높아지고, 압전전하상수(d33)값은 증대되었다. La2O3의 첨가된 BNBT 압전 세라믹스는 향상된 압전전하상수(d33)와 높은 전기기계결합계수(kp)를 가진 향후 lead-free 압전 엑츄에이터로의 응용이 기대되는 재료이다. 감사의 글 : 본 연구는 산업자원부의 출연금 등으로 수행한 지역전략산업 석박사 연구인력 양성사업과 지역혁신 특성화 시범사업에 일환으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다. 참고 문헌 1. Hui-dong Li, Chu-de Feng ,Wen-long Yao, Some effects of different additives on dielectric and piezoelectric properties of (Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3 morphotropic-phase- boundary composition, Materials Letters, Vol. 58, pp. 1194-1198 (2004) 2. Jean-Richard Gomah-Pettry, Senda Said, Pascal Marchet, Jean-Pierre Mercurio, Sodium-bismuth titanate based lead-free ferroelectric materials, Europ. Ceram. Soc., Vol. 24, p. 1165, (2004) |
| 저자 | 손영진1, 권준철2, 최용길1, 조경원2, 김일호1, 김영민2, 어순철1 |
| 소속 | 1충주대, 2저장소재 및 부품개발 연구센터 |
| 키워드 | 무연 압전세라믹스; BNBT |
