Domestic Bases拠点紹介

bases

ceramics

NAGOYA

中部センター

愛知県名古屋市

大型実験棟の一部と実験棟3か所の1階部分を拠点とし整備 総床面積:約1,200m²

introduction

中部センターに整備しているセラミックス・合金拠点は、高い世界シェアを持っている日本のセラミックス・金属材料を活用する製品素材産業への貢献のために新たな素材開発や部品技術の試作開発支援を可能とする機能を備えております。本拠点を活用し、新たな製品開発に必要な素材試作や、それらの社会実装を加速するなどの開発支援、部素材開発に必要なデータを取得可能な研究開発基盤創出などを整備しており、セラミックス・合金開発が必要な産業界に広く活用いただくために設立されました。

purpose

高度なデジタル社会に必要な次世代電子部品分野や、電動化が進む自動車や航空宇宙機器等のモビリティ分野、そして脱炭素化・環境・エネルギー分野などに利用されるセラミックスや合金等について、原料となる粉体合成から部素材に至るまでの成形・加工、焼結、成膜などのプロセスや、セラミックス等の材料評価を一か所で実施することが可能な試作装置群と分析評価機能を備えた拠点整備を進めています。 例えば、新たな機能性や構造特性の向上を目指し、電磁波を用いた新規粉体合成、3D積層造形技術を用いたセラミックス複雑形状部材開発、セラミックス低温焼結技術を用いたデバイス開発、電子部品・ヘルスケア・構造材料等のセラミックス部材の信頼性や健全性の評価、磁性材料を中⼼としたプロセス・インフォマティクスを活用する開発に対応可能な各種データ収集型の装置を整備し、セラミックスおよび合⾦等の機能性や構造系材料への展開にて、開発期間の短縮を目指した支援を実施します。

中部センター
粉体合成
①粉体合成
粉砕・混練・分散
②粉砕・混練・分散
成形
③成形
脱脂・焼成
④脱脂・焼成
加工・試作・評価
⑤加工・試作・評価

各種プロセスに対応した一気通貫での材料開発と部品等の試作機能と材料評価
プロセスデータを一気通貫・ハイスループットで収集できるプロセス・インフォマティクス(PI)プラットフォーム環境の整備

Cases活用事例と装置紹介

cases

ファインセラミックスや合金などの原料・成形・焼成から物性評価まで一気通貫で用意した装置群を利用し、製造プロセスと物性情報をシームレスに結びつけ、原料・成形・焼成と製品に必要な部材試作・開発にいたる一連のプロセスチェーンを実際に試し、企業ニーズに沿った評価へ幅広く対応することが可能です。さらに、製造プロセス解析や材料評価を熟知した研究者が様々なアドバイスを⾏うことで、企業単独では対応できない実験や信頼性向上のためのデータ計測結果を取得し、企業へ持帰り、各社での製造プロセスの改良にフィードバックさせることも可能です。製造プロセスのファーストトライなど企業での困りごとへの様々なニーズに対応します。

一般的なセラミック製造プロセス
一般的なセラミック製造プロセス
プロセス情報と物性をシームレスに結びつける
プロセス情報と物性をシームレスに結びつける
原料
原料
成形
成形
焼成
焼成

institution利⽤可能な装置群と特徴

facility

原料合成

ナノ粒⼦合成装置

ナノ粒子の大量合成
合成条件のデータ取得

  • • ナノ粒子作成
粒子複合化装置
粒子複合化装置

原料合成

複合超微粒子製造装置

多元素のハイエントロピー合金材料等のナノ合金粉末・
ナノ複合粉末を短時間・多量に作製可能

  • • 微細粒子を芯材とし、その表面に異種金属を均質にコーティング

原料合成

噴霧凍結造粒装置

顆粒強度を低下させることで、成形時の顆流痕を現象可能。
また、樹脂との混錬で粉体分散の向上に寄与

  • • 性能向上に寄与する顆粒体の製造
噴霧凍結造粒装置

成形・積層

混錬一体型押出成型機

粉体材料等を混錬することによって得られる押出原料から気泡を除去し、シート状成形材等を安定して得ることが可能

  • • 複合材、プラスチック、セラミックス等を成形
混錬一体型押出成型機

成形・積層

大幅シート作製装置

数ミクロンから数十ミクロン塗工に対応

  • • ナノ粒子等によるセラミックスシート成形
⼤幅シート作製装置

成形・積層

三次元粉末積層造形装置

複雑形状や中空形状を有するセラミックスや金属の立体的な成形体を作製可能。CADデータから所望の形状を造形する装置

  • • 複雑形状のセラミックスや金属、鋳造用砂型などを作製
三次元粉末積層造形装置

焼成
試作・加工

還元雰囲気高温焼結炉

従来の小型電気炉と比較して高温(2500℃)でホットプレスが可能なため、難焼結性の炭化物でも信頼性高い材料を作製可能

  • • 非酸化物セラミック部品試作
  • • 合金複合材等の試作
  • • (絶縁放熱基板、セラミックスネジ等の部品試作)
高温焼結炉

焼成
試作・加工

低温焼結プロセス装置

化学焼結プロセス(100℃以下での焼結プロセス)で必要となるアルカリ薬品との反応を不活性雰囲気で長時間行うことが可能

  • • 結合剤添加フリーのセラミックスシートの作製
低温焼結プロセス装置

焼成
試作・加工

マルチスケール気相成長装置

光エネルギーを援用した方式と化学気相成長方式でのマルチスケール成膜が可能。各種セラミックスや合金に対応原子層レベルから100ミクロン以上にわたる表面/界面構造のオンデマンド設計が可能

  • • セラミックスや合金等の多様な形態の部材表面に薄膜・厚膜を合成
マルチスケール気相成長装置
こちらをクリックすると各項目に移動できます

原料合成

 
装置名称

ナノ粒子フロー合成装置【超臨界水熱合成装置、東洋高圧、日本】

装置の機能

超臨界条件でナノ粒子を連続合成可能。ナノ粒子の大量合成及び、合成条件のデータ取得

装置の仕様

・高温水と二種類以上の溶液原料を反応流路内で混合可能

装置でできること

ナノ粒子の大量合成。合成条件のデータ取得

装置名称

マイクロ波ナノ粒子合成装置 一式【Discover 2.0、CEM社、米国】

装置の機能

反応容器ごとに条件を変えて最大12個連続で自動合成可能。セラミックス粒子の合成探索に使用。マイクロ波加熱による反応条件の精密制御と反応時間の大幅短縮、-80℃で冷却しながらマイクロ波合成反応

装置の仕様

・10~100mLの幅広い容器サイズに対応した300mL単一モードマイクロ波キャビティ
・反応の遠隔操作とモニタリング可能

装置でできること

セラミックス粉体の合成条件の高速探索

装置名称

複合粒子合成装置【流動層造粒乾燥機 FD-MP-01E、パウレック、日本】

装置の機能

セラミックス等の粒子の複合化、造粒、コーティング等が可能。流動層造粒、乾燥、微粒子コーティング、直接顆粒化、撹拌造粒等の検討が一台で可能

装置の仕様

・処理量:1バッチ0.6~3L

装置でできること

粉体コーティング、造粒

こちらをクリックすると各項目に移動できます

原料複合化

 
装置名称

粒子複合化装置 【ノビルタ NOB-130、ホソカワミクロン、日本】

装置の機能

マクロ混合から精密微細混合まで広範囲な分散を短時間に行うだけでなく、複合化、表面改質、球形化などの粒子設計・粒子加工も可能。圧縮・せん断・衝撃の3つの力をバランスよく粒子に作用させることで、バインダーを用いることなく、ナノ粒子を効率的に複合化可能。粉砕機や混合機をベースにした装置に比べ、短時間で緻密な被覆層を持った複合化粒子を製造可能

装置の仕様

・1バッチ0.5Lの処理

装置でできること

複合化粒子の製造、緻密な被覆層を持った複合化粒子の合成

装置名称

超微粒子製造・複合化装置 一式【複合粒子製造装置、アトーテック、日本】

装置の機能

バルク体を芯材とし、企業では合成できない多元素のハイエントロピー合金材料等のナノ合金粉末・ナノセラミックス粉末を短時間・多量に作製可能。数十グラムの粉末を1回の製造工程で生産可能

装置の仕様

・製造ナノ粒子のサイズ
 ・標準的には20-100nmのサイズのナノ粒子の製造が可能。制御条件によっては100-600nmのサイズのナノ粒子の製造も可能
・ナノ粒子製造速度
 ・標準的には、1時間当たり10g以上のナノ粒子を発生可能

装置でできること

ナノハイエントロピー合金、セラミックス(主に非酸化物)粒子の製造が可能。準備した粒子と製造したナノ粒子の複合化の検討が可能

こちらをクリックすると各項目に移動できます

原料解砕・
造粒

 
装置名称

粒子粉砕・解砕機ディスパライザー【CDMX-150TH、新東工業株式会社、日本】

装置の機能

低不純物にて大量の粒子の粉砕・分散が可能

装置の仕様

・凝集粒子のソフトな分散
・コンタミ対策に優れるメディアレス式
・分散度を的確にコントロール可能

装置でできること

メディアレス粉砕・解砕・分散スラリーの検討と作製が可能

装置名称

スプレードライヤー&溶媒回収装置【ヤマト科学ADL311S-A&GAS410、日本】

装置の機能

水溶性および有機溶媒に対応したスプレードライヤー。粒子状試料に瞬間的に熱をかけるので、熱に不安定な試料でも酸化されることなく安心して均質な微粉末を得ることが可能

装置の仕様

・熱不安定な試料でも酸化されることなく均質な微粉末を得ることが可能

装置でできること

水系および有機溶媒系スラリーを用いて造粒を製造。造粒体の検討が可能

装置名称

噴霧凍結造粒装置【プリス製、日本】

装置の機能

原料液を超低温環境下で瞬間的に凍結させて凍結造粒体を作製、これを凍結乾燥(昇華)させることにより、球形で流動性に優れた顆粒を製造することが可能な粉体造粒プロセス装置

装置の仕様

・スラリーを2流体ノズルで噴霧し、気流により液滴を冷却して凍結させた、凍結顆粒を作製可能
・冷却温度は-20℃以下
・1バッチあたり2Lの凍結顆粒を作製可能

装置でできること

易解砕型(易混錬・分散型)のセラミックス・合金顆粒体などの検討が可能。セラミックスや金属以外に、有機物や繊維形状粉体などの顆粒体の作製および検討が可能。また、スプレードライ法と比較して、顆粒が中空状になりにくく、高分散、低密度かつ均質な球形の顆粒を得ることが可能。この顆粒より、欠陥の少ない成形体や焼成体を作製可能

装置名称

フリーズドライ装置【 FD-551、EYELA、日本】

装置の機能

セミプラント、パイロットプラントの予備実験のための大量処理可能な凍結乾燥機

装置の仕様

・棚冷却(加熱)方式 冷媒循環方式
・除湿量 10L/回
・トラップ冷却温度 -45℃
・乾燥棚温度調節範囲 -10~40℃
・予備凍結槽温度 -30℃
・到達真空度 6.67Pa以下
・チャンバー寸法・材質 内径500×500Dmm・SUS304

装置でできること

凍結造粒体などの溶媒昇華に伴う顆粒特性の検討

装置名称

制御雰囲気下粉末処理用グローブボックスシステム 一式【ピコライン、ホソカワミクロン、日本】

装置の機能

粉末の素粉砕から微粉砕、分級まで可能であり、雰囲気制御も可能なシステム。生産ラインで用いられている装置をスケールダウンしたもののため、当装置を用いて開発されたプロセスは、容易にスケールアップが可能であり、短時間で生産ラインを設計可能となる。1Kg/h程度の処理量

装置の仕様

・粗粉砕
 ・ハンマーミルを用いて3mm以上の粒径を有する粉末から平均粒径500μm以下まで粉砕可能
 ・処理量は3kg/h以上
・微粉砕部
 ・カウンター式ジェットミルにより平均粒径2-120μmの粉末が作製可能
 ・バッチ運転の際の最小処理量が10g程度
 ・ガスはアルゴン、または窒素を用いることができる
・分級部
 ・乾式の分級方式により、粒子径を5-120μmの任意の範囲で設定でき、分級操作ができる
 ・分級処理量は500g/h以上

装置でできること

粉体の素粉砕・微粉砕、分級の処理検討

装置名称

異種材料複合化装置 【プロセスガス対応PLD装置、AOV株式会社、日本】

装置の機能

異種無機材料を積層及び複合化することが可能。理想的な異種材料界面を簡便に形成可能であり、新規材料のデバイス適用可能性を高速に検討することが可能。酸化物や窒化物のような高融点セラミックス材料の製膜が簡単に実施可能であり、原料組成と薄膜組成のずれが少なく、真空中でアブレーションさせるので、コンタミネーションが少ないのが特徴

装置の仕様

・50mm四方の面積に1時間で10μmを超える蒸着可能

装置でできること

異種無機材料を積層化及び複合化

装置名称

マルチスケール気相成長装置【原子層堆積装置、株式会社スプリード、日本】

装置の機能

セラミックスや金属等の多様な形態の部材表面に無機薄膜・厚膜を合成可能。原子層堆積(ALD)方式と化学気相成長(CVD)方式でのマルチスケールな成膜が最大2インチサイズの基材に対して可能。光エネルギーの援用によりプロセスの低温化も期待できる。各種MO原料、水素・アンモニア・メタン・酸素・水蒸気などのプロセスガスを使用可能。原子層レベルの高品質薄膜から100ミクロン以上の厚膜の合成が可能であり、表面/界面構造のオンデマンド設計が可能。

装置の仕様

・基板サイズ:最大φ2インチ
・基板加熱機構温度:室温~800℃
・到達圧力 1x10-4 Pa以下(非加熱時)
・プロセスガス:不活性ガス、水素、酸素、アンモニア、メタン、水蒸気
・原料:各種MO原料
・備考:成膜温度分布計測システム、レーザー照射システム

装置でできること

原子層堆積(ALD)および化学気相成長(CVD)方式でのマルチスケールな成膜の検討が可能。コーティング・薄膜の積層や表面/界面構造のオンデマンド設計が可能。酸化物だけでなく非酸化物を含む無機薄膜・コーティング層の合成が可能で、薄膜の高機能化、新規コーティング材料・プロセスの開発、コーティング・薄膜構造の最適化、構造部素材に対する保護性コーティングに関する研究に適する装置

装置名称

電熱式加熱酸化型排ガス除害装置 一式【ALD/CVD専用除害装置、カンケンテクノ、日本】

装置の機能

原子層堆積(ALD)/化学気相成長(CVD)を操作可能にする除害装置

装置の仕様

・ NH3(1 L/min)に対して出口濃度が25 ppm以下
・ H2(1 L/min)に対して出口濃度が1 %以下
・オルトけい酸テトラエチル(1 L/min)に対して出口濃度が10 ppm以下

装置でできること

マルチスケール気相成長装置(ALD/CVD)の除害装置

こちらをクリックすると各項目に移動できます

成形

 
装置名称

大幅シート作製装置 【康井精機、日本】

装置の機能

ナノ粒子等によるセラミックスシートの成形が可能。大幅シートも連続成形が可能。別モデルでは広範囲粘度域に対応

装置の仕様

・薄膜塗工に適したマイクログラビア方式とダイコーター方式
・数ミクロン~数十ミクロンまでの塗工に対応

装置でできること

セラミックスシート成形

装置名称

加圧プレス装置【真空フレームラミネーション用加圧プレス装置、一軸加圧、株式会社新東工業、日本】

装置の機能

セラミックス材料等の薄く大面積な試料へ均一に高精度に一軸加圧成型加工を行うことが可能。有効寸法300 mm x 300 mm以上の平滑で平行度が高い上下定盤を有し、325℃以上の温度かつ減圧雰囲気にて加圧処理が可能。最大200 kN以上の加圧力を有する電動アクチェータ加圧方式の一軸プレス装置

装置の仕様

・最大幅300mm角シートを加熱しながら、減圧下で200kNで一軸プレス

装置でできること

少量バインダーでセラミックスシート成形可能。真空雰囲気下での高精度ロール加熱プレスによりシートのラミネーションなどに通し加熱・加圧。連続加工が可能。

装置名称

高圧ロールプレス装置【高圧ロールプレス装置、ロール型加圧、株式会社新東工業、日本】

装置の機能

120mm幅以上のシート状のセラミックス材料等の成型加工を行うため、250℃以上の温度、かつ減圧雰囲気にて最大600 kN程度の高圧のロールプレスを高精度に実現する装置

装置の仕様

・最大幅200mmのシートを300℃以上で連続プレス成形可能
・ロール径φ420、加圧力600kN、ロール耐線圧60kN/cm

装置でできること

多様な材料組成の薄膜を高精度でロールプレス可能

装置名称

混錬一体型押出成形機 一式【NR-84A、FM-P30H、宮崎鉄工、日本】

装置の機能

複合材、プラスチック、セラミックス等を成形可能。混練・真空脱気・押出成形まで一連の流れで成型可能

装置の仕様

・研究用に少量の原料で押し出し成型可能
・本体寸法 620x1250x1270mm。重量680kg

装置でできること

ダイスを変化させることによって、各種の押出成形品の成型が可能

装置名称

部品試作用三次元粉末積層造形装置 一式【3D Printer, X1 25Pro、ExOne、米国】

装置の機能

バインダージェット方式による複雑形状からなる部品の試作などが可能。金属やセラミック、複合材料、鋳造用砂など幅広い材料の造形が可能

装置の仕様

・バインダージェット式の粉末積層造形装置
・造形ボックス:160mm×65mm×65mm
・バインダー噴射量:10~80pLの範囲内で可変
・積層ピッチ:50~200μmの範囲内で可変
・リコート後粉体層表面の粗さをその場計測可能

装置でできること

金属やセラミックスなどの材料における三次元積層造形体の試作および検討

装置名称

大型グローブボックス【YPBV-3G/PM50S-特型、株式会社ヤマト、日本】

装置の機能

雰囲気制御が必要な合成に係る雰囲気の制御が可能。低酸素用途として利用可能。窒素、アルゴン等で-60℃以下の露点雰囲気を実現。大型の作業空間が提供可能

装置の仕様

・パージ式ガス置換型
・サイドボックスのみ真空引ガス置換構造としたグローブボックス

装置でできること

雰囲気制御が必要な合成実験に係る雰囲気制御

装置名称

ドライブース【ドライチャンバー、ソダ工業、日本】

装置の機能

湿度に敏感な粉体原料の取り扱いが可能。低湿度雰囲気下にてグローブレスで粉体原料を取り扱うことができる装置

装置の仕様

・安定した低湿度の作業空間を提供

装置でできること

湿度に敏感な化合物等を原料とした際の液調整、コーティングが可能

こちらをクリックすると各項目に移動できます

焼結

 
装置名称

低温焼結プロセス装置

装置の機能

低湿度、低CO2など雰囲気を制御した環境で、セラミックスシートを低温で製造する装置。化学反応を伴う低温セラミックス製造プロセス(化学焼結やコールドシンタリングプロセス)に対応。原料の調整から成形、熱処理までを一貫した雰囲気で処理可能

装置の仕様

・結合剤添加フリーのセラミックスシート成形プロセス
・100mm角サイズの自動熱プレスをさまざまな雰囲気で処理可能
・独自設計の装置群

装置でできること

低温焼結の検討

装置名称

次世代電子向け絶縁高伝熱セラミックス基板製造等の特殊焼結炉【多目的高温炉ハイマルチ10000 高温仕様 2500℃、富士電波工業、日本】

装置の機能

非酸化物セラミック部品の試作が可能、常用2400℃、最高使用温度2500℃の高温仕様で、かつホットプレスも可能。流量・圧力がデジタル制御でありホットプレスも可能

装置の仕様

・プレス総圧力 9.8×104N(10ton)
・試料ケース内径寸法(mm) φ140×100H
・ダイス寸法(mm) φ150×φ80×120H
・窒素中加熱温度 最高 2300℃(常用2200℃)
・アルゴン中加熱温度 最高 2500℃(常用2400℃)
・均熱 ±10℃(at 2200℃)
・昇温時間 90min.(常温~2200℃)試料ケースのみ
・温度調節 PIDデジタルプログラム調整器
・真空度 6.65×10-3Pa
・雰囲気ガス N2、Ar
・雰囲気圧力 0.92MPa

装置でできること

炭化物、窒化物などの非酸化物セラミックスの焼結体試作および検討

装置名称

セラミックス脱脂炉【高温イナートガスオーブンINH-100CD、光洋サーモシステム、日本】

装置の機能

バインダーなどの加熱除去が可能。高温かつ不活性ガス雰囲気下で確実なバインダー除去が可能

装置の仕様

・最高温度:600℃
・窒素ガス導入可能
・20ppm到達時間 100分以内(N2・250L/min導入時)
・槽内寸法(mm) 1000(W)×1000(H)×1000(D)

装置でできること

加熱かつ不活性ガス雰囲気下でのバインダ脱脂の検討

こちらをクリックすると各項目に移動できます

試料準備・
評価

 
装置名称

オスミウムコーティング装置【Neoc-Pro、メイワフォーシス、日本】

装置の機能

プラズマCVD成膜法により極薄膜でも強い電子線ダメージに破壊されない強固な、アモルファスのオスミウム金属導電被膜を形成することが可能。複雑構造試料もチャージアップ無く電子顕微鏡観察が可能となる。

装置の仕様

・チャンバー寸法:Φ150 × 70mm、
・試料台 装填可能個数:Φ10 mm × 35個、Φ15 mm × 10 個、Φ 30 mm × 5 個

装置でできること

複雑な微細構造を有する絶縁性のセラミックス試料の電顕観察を容易にする

装置名称

試料断面研磨装置【IB-19530CP+IB-10500HMS、日本電子、日本】

装置の機能

走査電子顕微鏡等の観察用断面試料作製を世界最速クラスのイオンミリングスピードで可能。

装置の仕様

・断面ミリングレート、1.2mm/h
・大型回転ホルダの使用で幅20mmの平面ミリングも可能

装置でできること

金属、セラミックス、プラスチック等、様々な材料で断面加工をすることが可能

装置名称

AFM-ラマン分光装置AFM_顕微Raman TERS【AFM-ラマン分光装置 LabRAM HR evolution-Nano UV-VIS-NIR、堀場製作所、日本】

装置の機能

AFMとラマン分光が同時測定可能。高空間分解能(>数nm)かつ高感度で試料表面の分光分析及びイメージングが可能。無機・有機を問わず、様々な構造・化学情報の取得が可能

装置の仕様

・紫外~可視領域における高いスペクトル分解能測定
・ナノ~サブミクロンスケールの空間分解能

装置でできること

セラミックス材料の原料から最終製品における組成、結晶構造、応力歪等の構造情報をナノ~サブミクロンスケールの空間分解能で取得し解析すること

装置名称

高性能集束イオンビーム走査電子顕微鏡(FIB-SEM)装置 一式 3D構造解析・加工・観察装置【FEI Company製、米国】

装置の機能

セラミックス・金属等の表面ナノ構造観察、および元素分析可能

装置の仕様

・ピコ秒レーザー、FIBとモノクロメーター搭載SEM
・分析機能:エネルギー分散X線分析(EDS)、結晶方位解析(EBSD)、FIB加工とEDS・EBSD同時分析で3D測定、飛行時間型二次イオン質量分析(TOF-SIMS)

装置でできること

セラミックス・金属等の表面構造観察および微小加工による3D構造解析が可能で、試作品の構造と性能を検討することが可能

装置名称

四次元STEMデータ高速取得システム一式(原子分解能TEMの機能拡張) 【STEMxシステム、Gatan、米国】

装置の機能

セラミックス・金属等のナノ構造観察が可能。GatanのOneviewカメラとハードウェア同期を通じてデータを取得する4D STEM回折システム。Oneview ISカメラの高い空間分解能と時間分解能を活用することで、ひずみマッピングなど、4D STEM実験が可能

装置の仕様

・カメラの高い空間分解能と時間分解能
・ひずみマッピングなどの4D STEM実験が可能

装置でできること

セラミックス・金属等のナノ構造と性能の相関についての検討が可能