独占を打ち破る「透明セラミックス」がここに実装_レーザー技術_Zhang Le_Sintering

□ 謝師範記者

陶器は誰もがよく知っていますが、ガラスのように透明な陶器を見たことがある人はどれくらいいるでしょうか?数日前、記者らは江蘇省先端レーザー技術と江蘇師範大学の新興産業連携イノベーションセンターの工業化拠点である江蘇西宜ハイテク材料産業技術研究所を訪れ、さまざまな応用シナリオにおける新しい透明セラミックが注目を集めた。オープニング。 「これは透明なセラミック複合装甲です。非常に薄いのに、2倍の厚さの強化ガラスよりも強度があります。この透明なセラミックはラップのように柔らかくて薄いので、薄い蛍光セラミックスやスマート端末に使用できます」江蘇師範大学物理電子工学部副学部長であり、江蘇喜宜ハイテク材料産業技術研究院所長のZhang Leru氏はこう述べています。

透明セラミックは、「光」機能とセラミック担体の素晴らしい組み合わせです。 60年以上にわたる開発の歴史を振り返ると、初期の「半透明」から現在の完全な透明に至るまで、その材料系や作製方法はますます豊富になり、材料の光学特性も大幅に向上してきました。透明セラミックスは、新世代の光機能材料として、固体レーザー、防護装甲、固体照明などの主要分野で大きな応用可能性を秘めています。

「セラミックスが透明になるためには、非常に厳しい 3 つの条件を満たす必要があります。1 つ目は不純物がないこと、2 つ目は気孔があってはいけないこと、3 つ目はセラミックの内部が完全に均一であることです。」 」 張楽さんがテーブルを取り上げた セラミック製のティーカップは、伝統的なセラミック製品の内部は実際には非常に粗く、多くの孔があると紹介しました。透明になることがそんなに難しいのなら、なぜ私たちはまだその困難に直面しなければならないのでしょうか？なぜなら、ガラスと比較して、透明セラミックには明らかな利点があるからです。 「まず、セラミックスの熱伝導率はガラスの5倍以上と高いのです。光が媒質を通過する際、必然的に損失が生じます。この損失が熱に変換されます。ガラスの熱は伝わりません。」第二に、陶磁器は我が国の伝統文化を代表するものであり、特殊な形状の構造物や大型の陶磁器の焼成技術に固有の利点を持っています。 、欠陥管理です」と Zhang Le 氏は説明しました。

ボールミリング、乾燥、脱脂、真空焼結、アニール... すべての透明セラミック製品は、1 回の焼結に 10 時間以上かかる場合があります。これらのいずれかの手順を実行すると、製品が完全に廃棄されます。我が国は、高性能透明セラミックス原料粉末や大型の均一な成形・焼結技術（設備）において、長年にわたり日本、米国、フランス等との明らかな差がありました。この目的を達成するために、10年前、江蘇師範大学は関連技術の研究開発を開始し、多次元の極端なサイズ（高アスペクト比、極薄、大型）の幾何学的構成に基づいた透明セラミック製品の開発を試みました。

「透明セラミックには、さまざまな用途シナリオに応じてさまざまな形状がありますが、それぞれの形状では、光電変換中の熱放散などの中核的な問題を考慮する必要があり、これが技術の研究開発に大きな困難をもたらすことは間違いありません。」ゲル射出成形と水性鋳造を克服透明セラミックスの高品質成形のためのこれら 4 つの主要技術、押出成形およびスプレー造粒は、多次元の極端なサイズの透明セラミックスの精密成形と革新的なアプリケーションのための系統的なソリューションを提供します。現在、関連技術と製品は、Fenghua Hi-Tech や Greer を含む 12 社で推進および適用されており、過去 2 年間で約 19 億元の売上高を達成しています。

以前は、高品質のレーザー セラミックを準備するには、日本またはフランスの原材料、ドイツの装置、米国の熱間静水圧プレスを使用する必要がありました。ボール ミルも必要でした。海外から輸入されることになります。原材料と生産設備の「スタックネック」問題を解決するため、2019年10月、張楽氏はチームを率い、省内の多くの企業と深く協力し、共同で重要な問題に取り組んだ。 「高純度の原材料を確保しながら、粉末の焼結活性をどのように改善するか? 均一な焼結熱場を確保する方法は? これらは、難しい点であるだけでなく、4 年以上にわたる私たちの絶え間ない闘いの焦点でもあります。」技術研究、チームがついに透明セラミックスの製造に必要な核となる原料や主要設備は、基本的に国産化してきました。

透明なセラミック原料にさまざまな希土類元素を添加すると、さまざまなシナリオで使用できます。同研究所のハイテクセラミックスプロジェクトチーム長のシャオ・セン氏は、「ネオジムイオンを添加することで、透明なレーザーセラミックスを作ることができ、セリウムイオンを添加することで、より高い効率と優れた熱安定性を備えた蛍光セラミックスを作ることができる」と述べた。たとえば、現在自動車で使用されている LED ヘッドライトのコア光変換材料は、ほとんどが樹脂ベースの材料であり、その背後に大規模な放熱システムが必要です。しかし、セラミックスベースのレーザー光源に切り替えると、2,000℃近い高温で焼成したセラミックスが長期間の使用で多量の熱を発生しても、黒ずみや変色などのトラブルが発生しません。爆発。このため、一部の高級自動車レーザー ヘッドライトや高出力レーザー ディスプレイでは、蛍光セラミック材料が使用され始めています。

「今年以来、製品の注文量が大幅に増加しました。これは私たちに大きな自信とさらなる期待を与えてくれます。」と Zhang Le 氏は、民生分野での市場シェアの拡大を続けることに加えて、チームは主要な国家製品に注力すると述べました。次のステップでのプロジェクトを推進し、スカイレーザーセラミックス、エネルギー貯蔵および光貯蔵セラミックスなどの製品の研究開発を実施します。