韓国材料研究院「超小型ビーズ製造用のセラミックマイクロ粒子製造技術を開発」

韓国材料研究院(KIMS)は7月26日、セラミック材料研究本部機能セラミック研究室のミン・ユホ、チェ・ジョンジン博士の研究チームがCENOTECとの共同研究を通じてナノスケールのジルコニア超粒子組立制御技術の開発に成功したことを明らかにした。研究チームは、これを高硬度、高密度、高弾性係数を持つ超小型セラミックマイクロ粒子に変換する技術も開発した。

今回開発された超粒子組立制御技術は、ナノ粒子コロイドサスペンション分散安定性と組立速度を同時に制御し、球形度と密度の高い超小型セラミック球形組立体が製造できる技術である。焼結工程を制御することで、球形度を維持しながらもセラミック素材の硬度や密度、弾性係数が向上される特徴を持っている。

この技術を用いて開発された超小型セラミックマイクロ粒子は、既存の工程で製造されたイットリア安定化ジルコニアセラミックバルク、フィルム素材に対して優秀な硬度を見せた。球形度と理論的相対密度はそれぞれ99%と98%以上を記録した。

今後、超小型セラミックビーズ製造技術を商用化できれば、日本企業の独占状態である30マイクロメートル以下の超小型・高硬度セラミックビーズ製造技術の国産化できる可能性がある。

最近は、電気・電子、エネルギー、環境などの先端産業分野において、核心原料粉末のナノ微細化と部品の集積化が活発であるため、既存のセラミックビーズより小さい、超小型(30マイクロメートル級以下)ビーズの需要が急増している。

特に、電装用積層セラミックコンデンサ(MLCC)の場合、高性能化のためには原料粉末のナノ微細化と高純度化が必要である。そのため、集積化のためのより小さいビーズや、強い衝撃に耐えられる、既存より硬度の高いビーズが要求されつつある。

既存のセラミックビーズ製造工程で30マイクロメートル級以下の超小型セラミックビーズを製造すると、技術的限界に直面する。単純に小さくするだけではなく、被粉砕物の高純度、微細化のためのセラミックビーズ自体の高硬度、高密度特性を付与する必要がある。また、外形面においても、大きさの精密な調節や高い球形度での製造が重要である。

研究チームは、大量生産が可能な噴霧乾燥方式を活用した超粒子エンジニアリング技術をもとに、球形度と密度の高い超小型セラミック組立体を製造した。また、焼結工程を制御することで、硬度と弾性係数が向上されたセラミックマイクロ粒子に変換することに成功した。

開発されたマイクロ粒子の硬度は約27ギガパスカル(GPa)で、他工程の同一な調性で開発された素材に対して優秀な記録を見せた。弾性係数に関しても、210ギガパスカル(GPa)で、優れた数値を見せた。

この研究を主導した韓国材料研究院のミン・ユホ選任研究員は、「今回の研究結果は、高密度・高硬度・球形度の高いセラミックマイクロ粒子製造技術を確保したことであり、日本企業が独占中の超小型セラミックビーズ製造の商用化に一歩近づいたと見られる」と述べ、「対日依存度を下げることにとどまらず、多様な産業分野に活用できるという点で、今後の価値が期待できる」と期待を寄せた。

この研究は、産業通商資源部素材部品技術開発事業の支援で遂行され、韓国産業技術評価管理院(KEIT)のジョン・ボンヨンセラミックPD企画の素部装課題として推進された。また、この研究は5月26日に国際ジャーナル、ACS Nanoにオンライン掲載された。

今後、研究チームはCENOTECとの持続的な共同研究を通じて、高密度・高硬度セラミックマイクロ粒子製造源泉技術をより発展させ、超小型セラミックビーズの国産化のための商用化技術の開発を進行する予定だ。

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