2026年5月19日，新能源・产业技术综合开发机构（NEDO）与产业技术综合研究所（AIST）为了构建精细陶瓷的过程信息学体系，正致力于“下一代精细陶瓷制造工艺的基盘构筑与应用开发”项目，并开发出了一项技术：在大气压下的实际干燥环境中，使用激光显微镜对精细陶瓷浆料中所含亚微米颗粒的干燥行为进行可视化。该技术已确认可应用于氧化铝、二氧化硅等常见的陶瓷浆料，能够在微观层面上观察影响陶瓷材料品质和尺寸的干燥行为。
在精细陶瓷领域，制造工艺技术往往依赖于“经验和直觉”，导致工艺开发耗时且成本高昂，这是一个主要问题。该项目旨在构建覆盖精细陶瓷全部制造工艺的PI，并利用先进的计算科学和尖端工艺测量技术，为创新性工艺开发奠定基础。为此，必须开发能够可视化精细陶瓷工艺中影响尺寸和密度的浆料干燥行为的技术。NEDO与产综研自2022年度起，在该项目中致力于“制造工艺可视化技术及机理分析技术的开发”。作为其中一环，持续推进精细陶瓷浆料干燥行为的可视化与定量化方法的开发。
传统对浆料干燥行为的评价，主要是测量浆料或片状成型体在干燥过程中的重量变化以及成型体整体的收缩。此外，虽然有研究探讨了能够直接捕捉干燥中颗粒行为的测量方法，但这些方法需要在真空环境或电子束照射下进行测量。此次开发的技术，通过使用激光显微镜和粒子图像测速法（PIV法），能够在常压、空气环境这一实际干燥条件下，观察干燥中亚微米颗粒的行为，并对其移动速度和厚度位移进行定量分析。与传统浆料评价方法相比，本技术的重大进步在于：可以使用具有实用厚度的片状样品，并且除了观察颗粒行为外，还能通过整合3D显微镜观察，在相同环境下评估片材整体的收缩与翘曲。
基于激光显微技术的可视化技术开发
通过利用激光显微镜对陶瓷浆料进行原位观测（operando observations），在实际干燥环境中以高分辨率实现了对干燥过程中亚微米级颗粒动态干燥行为的可视化与记录。通过对所得视频应用PIV法，可以直接评估浆料中陶瓷颗粒的移动速度和方向。图1展示了使用激光显微镜观察浆料时的图像以及通过PIV法分析后的图像。右图（分析图）中的颜色差异表示移动速度的差异，矢量的方向表示移动方向。
图1：利用激光显微镜拍摄的浆料观测图像。白色区域代表陶瓷颗粒（左）。
通过PIV方法对左侧图像进行分析所得的图像（右）。
相对湿度对亚微米颗粒干燥行为影响的定量评估
在可控制相对湿度的腔室内，对同一浆料在三种不同湿度条件下的干燥行为进行了原位观测。将PIV法应用于所得视频，对颗粒的移动速度、移动方向以及厚度方向的位移进行了定量分析。结果如图2所示，通过所开发的可视化与定量化技术，明确证实了相对湿度越低，颗粒的移动速度越大，膜厚的收缩也进行得越快。
图2：使用激光显微镜，在三种不同相对湿度条件下对浆料进行原位观测时的颗粒行为
NEDO与AIST将开展研发工作，旨在将这项新开发的技术应用于PI（工艺强化）领域的干燥工艺中。此外，双方还将利用成分及黏度各异的浆料和糊料，对该技术进行验证。预计这项技术将有助于优化浆料干燥工艺并完善浆料配方设计，从而推动陶瓷制造工艺整体质量的提升与效率的提高。相关研究成果已于2026年5月19日发表在学术期刊《Journal of the Ceramic Society of Japan》上。
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