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Functionalization of Glass Materials via Advanced Low-temperature Sintering Process Using Mineralization

通过先进的矿化低温烧结工艺实现玻璃材料的功能化

基本信息

批准号：
22K14476
负责人：
SEO Yeongjun
金额：
$ 3万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年、マイクロ波焼結法、放電プラズマ焼結法、レーザー焼結法等のように熱源を向上し、焼結温度の低下や焼結特性の改善が得られる焼結プロセスが報告されているが、未だにその焼結温度は数百℃以上である。そこで、本研究では遥かに低い焼結温度（<200℃）でアルミノシリケートガラス（Al2O3-SiO2系）の緻密化が可能な低温焼結プロセスの構築を目的としている。具体的には、アルミノシリケートガラス粉末にミネラリゼーション反応を誘導できる溶液（NaOH、LiOHなど）を加え、金型に投入し加圧・加熱することで、ミネラリゼーション反応の沈殿ー再析出効果により第２相（非晶質または結晶質）が形成され、ガラス粒子間の隙間を埋めることができ、ガラス粒子の低温緻密化が可能になる。さらに、第2相の形成より母材が持っていない新たな特性（機械的特性、耐熱性、耐薬品性、透明性など）の獲得ができ、多機能型ガラス材料の開発への展開の可能性が高い。そのため、研究実施計画は、（1）非生体活性化ガラスのミネラリゼーション反応検証と機構解明と（2）ミネラリゼーションを伴う焼結プロセスを用いたガラス材料の多機能化手法の提案の２段階に分類しており、現在、アルミノシリケートガラスの低温緻密化を成功的に進めている。特に、緻密化の駆動力となるミネラリゼーション反応の検証ができ、新しい焼結法のコンセプトの妥当性が確認できたため、ガラス材料の新しい展開に向けた材料システムの発達に寄与できることが本研究の意義である。また、SDGsに向けて、本研究の低温プロセスは、従来の焼結プロセスの焼結温度より遥かに低い温度で焼結が可能であるため、大幅にエネルギー消費量を削減できる。本研究は持続可能な発展のために適合する研究であり、社会的にも有益な発展を引き起こすことができると強く考える。

In recent years, there have been many reports on sintering processes such as the Maikurobo sintering method, the Liguopurama sintering method, and the Rechina sintering method, which have increased the heat source, lowered the sintering temperature, and improved the sintering characteristics. However, the undisclosed sintering temperature can exceed hundreds of degrees Celsius. In this study, the densification of Al2O3-SiO2 system at low sintering temperature (<200℃) was studied. Specifically, the solution (NaOH, LiOH) is added to the powder to induce the reaction, the gold type is added to the solution, the pressure is increased, and the precipitation is performed. As a result, the second phase (amorphous or crystalline) is formed, the gap between the particles is buried, and the particle densification at low temperature is possible. In addition, the formation of the second phase in the base material maintains a high probability of obtaining new characteristics (mechanical characteristics, heat resistance, resistance, transparency), and the development of multifunctional materials. The research and implementation plan includes: (1) the development of non-biological activated materials, and the mechanism explanation;(2) the development of non-biological activated materials, and the proposal of multi-functional methods for sintering materials. In particular, densification dynamics and the development of a new sintering process are important aspects of this study. In this study, the sintering temperature of low temperature and high temperature sintering can be reduced greatly. This study is aimed at promoting the development of social science.