セラミックス粒子の湿式ボールミル粉砕時の再凝集メカニズムの解明と抑制方法の開発

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K22457
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 久志本 築 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10846439)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2022-03-31
• キーワード: 粉体シミュレーション / 湿式ボールミル / DEM－CFD / 再凝集

研究成果の概要

湿式ボールミルによるセラミックス粒子粉砕時にみられる再凝集現象の発現メカニズムの解明およびその抑制方法の開発を行った。再凝集現象はミル内で発生する粒子スケールでの現象であるため、実験的に解析が困難であることから、再凝集現象を解析可能とするシミュレーション手法を独自に構築した。そのシミュレーション手法を用いて再凝集現象の発現メカニズムを解析し、再凝集は媒体ボールの接近・離隔時に生じる流体流れの淀みに粒子が寄せ集められることによって引き起こされる現象であることを明らかとした。さらに、その淀み領域を減らすために媒体ボールの接近・離隔時の相対速度を速くすることで再凝集を抑制できることも示唆された。

自由記述の分野

粉体シミュレーション

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、これまでそのメカニズムが明らかとされてこなかった湿式ボールミル内で生じる再凝集に対し、独自に開発したシミュレーション手法を解析ツールとして応用することでその発現メカニズムを明らかにした点で学術的な意義がある。
また、ナノ粒子の量産化の実現には、湿式ボールミルのような粉砕によるナノ粒子製造の実現が必要不可欠であるが、これまでは再凝集現象の抑制が困難であるため、その量産化も難しいとされてきた。本研究では、その再凝集のメカニズムだけでなく抑制方法も明らかにできたことから、ナノ粒子の量産化を実現する上で重要な知見を得た点で社会的意義がある。