NEDO與產總研開發出可將漿料中亞微米粒子乾燥行為可視化的技術

NEDO與國立研究開發法人產業技術總合研究所（產總研），為建構精密陶瓷的製程資訊學（PI），正致力於「次世代精密陶瓷製造流程之基礎建構・應用開發」（以下稱本事業），並開發出一種技術（以下稱本技術），能以雷射顯微鏡在常壓下的實際乾燥環境中，將精密陶瓷漿料中所含亞微米粒子的乾燥行為可視化。
本技術已確認可適用於氧化鋁或二氧化矽等泛用型陶瓷漿料，並能夠以微觀層級觀察影響陶瓷材料品質與尺寸的乾燥行為。
1. 開發背景與概要
在精密陶瓷領域，製造流程技術多半基於「經驗與直覺」，導致流程開發耗時費力，成為一大問題。本事業旨在建構一個涵蓋精密陶瓷所有製造流程的PI，並運用高度計算科學、尖端流程測量技術，以建立革新性流程開發的基礎。為此，開發能將影響尺寸、密度的漿料乾燥行為可視化的技術至關重要。
基於此背景，NEDO與產總研自2022年度起於本事業中著手「製造流程之可視化技術及機制解析技術之開發」。作為其中一環，持續推動將精密陶瓷漿料乾燥行為可視化及定量化的方法開發。
以往的漿料乾燥行為評估，主要是測量漿料或片狀成形體在乾燥過程中的重量變化或成形體整體的收縮。此外，雖然也曾探討直接捕捉乾燥中粒子行為的測量法，但需要真空環境或電子束照射下的測量。
本次開發的技術，藉由使用雷射顯微鏡與粒子圖像測速法（PIV法），得以在常壓・空氣中的實際乾燥環境下，觀察乾燥中的亞微米粒子行為，並量化其移動速度及厚度位移。此技術可使用具實用厚度的片狀樣本，除了觀察粒子行為外，還能整合3D顯微鏡觀察，在同一環境下評估片狀整體的收縮與翹曲，相較於傳統的漿料評估法是一大進展。
2. 本次成果
(1) 利用雷射顯微鏡之可視化技術開發
透過雷射顯微鏡對陶瓷漿料進行操作觀察，成功在實際乾燥環境中高解析度地將乾燥過程中亞微米粒子的動態乾燥行為可視化並錄影。對所得影片套用PIV法，便能直接評估漿料中陶瓷粒子的移動速度與方向。
(2) 相對濕度對亞微米粒子乾燥行為影響之定量評估
在可控制相對濕度的隔間內，於三種不同條件下對同一漿料的乾燥行為進行操作觀察。對所得影片套用PIV法，量化粒子的移動速度、移動方向及厚度方向的位移後，開發的可視化・定量化技術明確顯示，相對濕度越低的條件，粒子移動速度越快，膜厚收縮也越早發生。
3. 未來規劃
NEDO與產總研將進行開發，以將本次開發的技術應用於乾燥流程的PI。此外，也將持續以各種組成與黏度的漿料、膏狀物進行驗證。本技術有望實現漿料乾燥流程的最佳化與漿料配方設計的精密化，為陶瓷製造流程整體的品質提升與效率化做出貢獻。另外，本研究成果已於2026年5月19日刊登於學術期刊《Journal of the Ceramic Society of Japan》。