NEDO 和米乐m6官方网站 (AIST) 的目标是建立精细陶瓷的工艺信息学 (PI)。最近开发了一种可视化技术（以下简称本技术），该技术可以在室温和大气压下使用激光显微镜，从表面沿深度方向以荧光图像的形式观察精细陶瓷烧结体内部存在的裂纹和气孔等致命缺陷。
我们已证实该技术可应用于氧化铝、氮化硅、氮化铝等颜色鲜艳（白色、灰色）的陶瓷。可以非破坏性地快速检测陶瓷烧结体内存在的、影响材料性能和质量的约 10 至 100 µm 的致命缺陷。可以预测致命缺陷导致的机械性能恶化，检查精细陶瓷产品的质量，并改进制造工艺以提高性能。
未来，我们将开发一种技术来提高散布在表面和内部的缺陷的可视化准确性。此外，我们还将统计分析不同成分和性能的精细陶瓷材料的致命缺陷分布，并对断裂强度预测技术进行示范实验。这项技术使得控制精细陶瓷产品的质量、预测其机械性能、甚至改进制造工艺成为可能，并有望导致以前难以想象的创新材料的开发。
图1通过将各种数据集输入模拟器或人工智能来观察技术的进步以及材料结构和物理性质的预测
精细陶瓷※1领域，制造工艺技术通常基于“经验和直觉”，而一个主要问题是开发制造工艺需要时间和成本。这个项目※2涵盖精细陶瓷的所有制造工艺PI※3，我们的目标是充分利用先进的计算科学和尖端的过程测量技术，为创新过程开发奠定基础。要实现这一点，必须极大地影响精细陶瓷的特性致命缺陷※4
在此背景下，NEDO 和 AIST 自 2022 年以来一直在该项目中致力于“开发高度可靠的机理分析技术”。作为这项工作的一部分，我们正在探索一种非破坏性、简单且有效的方法，使用显微镜和其他工具来检测稀疏分散在精细陶瓷烧结体内部大范围区域的致命缺陷。
(1)陶瓷内部裂纹类缺陷可视化技术的开发
将方形金字塔形金刚石压头（维氏压头）注入陶瓷表面，人为地引入压痕和裂纹。使用普通金相显微镜观察反射图像时，只能在暴露于表面的区域观察到裂纹（图2左）。为此，我们开发了一种在室温和大气压下使用激光荧光显微镜从表面沿深度方向观察荧光图像的技术。这使我们能够观察到垂直延伸至 180 µm 深度的裂纹，以及从压痕沿对角线向下延伸的裂纹（图 2，右）。我们已经确认，这项技术也可以应用于白色或灰色等色彩鲜艳的陶瓷，例如氧化铝、氮化硅、氮化铝等。
图2 使用金相显微镜观察氧化铝中引入的维氏压痕和裂纹的反射图像（左）
使用激光通过荧光显微镜获得的裂纹形态 3D 图像（右）
（右图中绿色发光部分代表裂缝。）
（2）セラミックス内部の粗大気孔の可视化技术の开発
之前已确认样品内部存在粗孔的致密氮化硅烧结体表面的金相显微镜反射图像中，除非孔暴露在表面上，否则无法观察到内部存在的孔（图3左）。另一方面，通过使用激光荧光显微镜从表面沿深度方向观察荧光图像，我们能够确认观察表面时看不到的粗孔隐藏在样品内部（图3右）。此外，我们不仅能够观察致密氧化铝烧结体的表面，还能够观察其内部孔隙，证实了该技术的适用性。
图3 粗孔氮化硅的金相显微镜反射图像（左）
与左图相同的点表面下方约 3 µm 处的荧光图像，使用激光荧光显微镜观察（右）
观察陶瓷内部缺陷的现有技术被称为薄片透射法，其中将样品减薄至50μm或更小，并使用透射光进行观察，但该技术的优点是可以通过镜面抛光表面直接观察，无需减薄。此外，近年来，已采用微焦点X射线CT扫描方法，以1μm的分辨率扫描约1mm3该技术的优点是非破坏性，只需几分钟即可观察到。
NEDO 和 AIST 将致力于提高在此开发的表面和内部缺陷检测技术的准确性项目また、さまざまな组成や属性ー欠陥の分配を统计的に解析し、これを用いた破壊强度の予测技术の実证実験も进めます。这项技术使得控制陶瓷产品的质量、预测机械性能和改进制造工艺成为可能，并有望导致以前未曾预料到的创新材料的开发。