신형 무연압전 세라믹스재료 개발 BNT-BT-ST계 값싼원료로 제작 산업기술종합연구소 세라믹스 연구부문 기능복합분체연구팀은 새로운 타입의 무연압전 세라믹스 재료를 개발했다. 티탄산 비스마스 나트륨 - 티탄산 바륨(BNT-BT)계에 제3성분으로서 티탄산 스트론티움(SrTiO3)을 더한 BNT-BT-ST계로 원료 원가가 싸고 게다가 지금까지 개발되어 있던 무연압전 세라믹스 재료와 같은 압전특성을 나타낸다. 또한 압전 특성의 향상을 꾀하여 실용화를 지향한다. 압전세라믹스 재료로 사용되고 있는 지르콘산 티탄산연(PZT)계는 산화연을 포함하고 있다. 따라서 무연재료로서 페로브스카이트형 결정구조의 BNT계, 니오브산 칼륨계, 니켈티탄산 비스마스계 등의 개발이 진행되고 있다. BNT 이외는 소결 시에 칼륨이 증발하거나 원료나 소결 원가가 높거나 하는 등의 문제가 있었다. 이번의 BNT-BT-ST계는 원료가 산화비스마스, 탄산나트륨, 탄산바륨, 탄산스트론티움, 산화티타늄의 분말로, 소량의 에타놀을 넣어 볼밀로 혼합한 후, 건조, 가소하고 최종적으로 약 1200℃에서 소결. 원료는 모두 싸고 입수하기 쉽고 또한 프로세스도 통상의 세라믹스 합성과 같다고 한다. 특성은 지름 방향의 전기기계결합계수(kp)가 0.33으로 PZT계가 개발되었을 때의 수치에 미치지는 않지만 두께 방향의 전기기계결합계수(kt)는 0.50으로 상회했다. d33 미터에서 측정한 압전 정수는 1볼트당 141피코미터로 현재 보고되어 있는 무연압전세라믹스 가운데에서는 큰 것이었다. 특성은 조성, 첨가물의 종류와 양, 소결조건을 최적화하면 향상이 전망된다. PZT계는 산화연을 중량비 약 70% 포함하고 있지만, PZT계의 납은 화합물로 핸더 등의 납처럼 환경면에 대한 부하는 없다. 그러나 세계적인 환경보호의식의 고양 속에서 납의 사용은 이미지적으로 마이너스가 된다. 게다가 유럽에서는 핸더처럼 규제될 우려도 있다. 따라서 무연압전세라믹스 재료의 개발이 과제가 되고 있다. (NK)