Flash-sintering: its atomistic process and mechanism

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H03394
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: The University of Tokyo (2018-2021); National Institute for Materials Science (2017)
• Principal Investigator: Yoshida Hidehiro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80313021)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電場支援焼結技術 / フラッシュ焼結 / セラミック / 粒界 / 物質輸送

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have attempted to extract the atomistic processes and elucidate the mechanisms of high-speed and low-temperature sintering through the original approach based on advanced nano-structural analysis, with a view to technological development of flash sintering. As a result, we succeeded in analyzing and capturing the unique point defect structures and atomic diffusion enhancement introduced under a strong electric field, and clarified the atomistic processes and mechanisms of the high-speed and low-temperature sintering. Based on this fundamental knowledge, we also obtained technical guidelines for increasing the density of low-sinterability oxide ceramics (with translucency) and for achieving high-speed and low-temperature sintering. These academic findings will show the way for the ceramics industry to respond to social demands such as SDG's and carbon neutrality.

Free Research Field

セラミック材料学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フラッシュ焼結は研究開始当初から、セラミックスの新たな高速・低温焼結技術として世界的に注目されていた。本研究において見いだされたアクセプター・ドナー微量添加、および電場・電流波形制御による焼結性向上は、極めて重要な基礎的知見である。本研究ではそれら効果の機構についても解明しており、当該分野の学術的進展をもたらした。とりわけ、波形効果に関しては従来の研究においても必ずしも系統的な調査はなされておらず、本研究で見いだされた焼結挙動の周波数依存性およびその説明は世界的にも当該分野の先駆けとなった。さらに、本研究で得られた知見はカーボンニュートラル社会の実現に向けた技術基盤をもたらすものである。