(57)【要約】【課題】本発明は、粉末材料にレーザ光を照射して窒化物の焼結体を製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体の製造方法であって、他の元素の単体を含む第１粉末および上記窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、窒素ガス雰囲気下で、上記粉末層にレーザ光を照射することにより上記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体の製造方法であって、
前記他の元素の単体を含む第１粉末および前記窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、
窒素ガス雰囲気下で、前記粉末層にレーザ光を照射することにより前記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する、焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物は、周期律表における１〜１４族元素の窒化物からなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記窒化物は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含む、請求項１に記載の焼結体の製造方法。
【請求項４】
前記焼結工程において、前記レーザ光は、炭酸ガスレーザより発振される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項５】
前記焼結工程において、前記レーザ光は、波長が１．０μｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項６】
前記焼結工程において、前記粉末層の前記第１粉末が加熱された状態で、前記粉末層に波長が１．０μｍより大きく１．１μｍ以下のレーザ光を照射する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項７】
前記第１粉末は、さらに希土類酸化物、カーボン、有機物、酸化防止剤からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項８】
前記準備工程において、前記第１粉末および前記第２粉末を混合して平均粒径が１０μｍ以上の造粒物に造粒し、前記造粒物を用いて粉末層を形成する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の焼結体の製造方法。
【請求項９】
基板と、前記基板上に形成され、窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体とを有する積層体の製造方法であって、
前記基板上に、前記他の元素の単体を含む第１粉末および前記窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、
窒素ガス雰囲気下で、前記粉末層にレーザ光を照射することにより前記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する、積層体の製造方法。
【請求項１０】
前記準備工程と、前記焼結工程とをこの順で繰り返して複数回行ない、
前記基板上に複数の前記焼結層からなる焼結体を形成する、請求項９に記載の積層体の製造方法。
【請求項１１】
前記焼結層の一層の厚さは０．３ｍｍ以下であり、
前記焼結体の厚さは１ｍｍ以下である、請求項１０に記載の積層体の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の製造方法により製造された積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物焼結体の製造方法、窒化物焼結体を含む積層体の製造方法、および当該製造方法により製造された積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、焼結体の製造方法として、粉末材料に光ビームを照射して三次元形状の造形物を製造する方法が知られている。上記方法により焼結体を形成する方法として、たとえば、樹脂粉末を用いてプラスチック造形物を製造する方法や、国際公開第２０１１／１４９１０１号公報（特許文献１）に記載されているように金属粉末を用いて金属造形物を製造する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１においては、粉末層の所定箇所に光ビームを照射することによって、その所定箇所の粉末を焼結または溶融固化させて固化層を形成し、得られた固化層の上に新たな粉末層を設けて同様に光ビームを照射してさらに固化層を形成するという工程を繰り返して三次元形状造形物を製造している。
【０００４】
上記方法に用いられる材料粉末としては、圧縮成形してから焼結する他の粉末焼結に用いられる材料粉末とは異なった特性が必要であり、これまでに上記製造方法により製造できることが知られている焼結体の種類は限定されている。特許文献１には、金属粉末について、溶融した時の流動性が大きく、かつ濡れ性が大きい材料が望まれることが記載されている。
【０００５】
なお、上記製造方法に限定されないのであれば、上記以外にも用途に応じて種々の焼結体が知られており、たとえば、特開平１１−３１４９６９号公報（特許文献２）、特開平１１−１００２７６号公報（特許文献３）および特開２００７−１９７２２９号公報（特許文献４）においては、窒化ケイ素焼結体が記載されている。窒化ケイ素焼結体は、優れた高温特性を有するために、高温用の構造部品及び機械部品の材料として用いられており、また、パッケージや回路基板の絶縁基板としての使用も提案されている（特許文献３，４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１４９１０１号公報
【特許文献２】特開平１１−３１４９６９号公報
【特許文献３】特開平１１−１００２７６号公報
【特許文献４】特開２００７−１９７２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、窒化ケイ素焼結体の製造に際して、特許文献１に記載されているような製造方法、すなわち原料に光ビームを照射して焼結体を製造する方法を採用することができれば、簡潔なプロセスとなり低コストで造形物を製造することができたり、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することも可能となり有用であると考えた。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザ光を照射して窒化物焼結体を製造する方法、窒化物焼結体を含む積層体を製造する方法、および窒化物焼結体を含む積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、レーザ光を照射して窒化物の焼結体を製造する方法に適した条件を鋭意検討して本発明に至ったものである。
【００１０】
本願における一発明は、窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体の製造方法であって、他の元素の単体を含む第１粉末および上記窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、窒素ガス雰囲気下で、上記粉末層にレーザ光を照射することにより上記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する。
【００１１】
また、本願における他の一発明は、基板と、当該基板上に形成され、窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体とを有する積層体の製造方法であって、上記基板上に、上記他の元素の単体を含む第１粉末および上記窒化物を含む第２粉末とが少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、窒素ガス雰囲気下で、上記粉末層にレーザ光を照射することにより上記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レーザ光を照射して窒化物の焼結体を製造する方法を提供することができる。また、本発明によれば、レーザ光を照射して窒化物の焼結体を含む積層体を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の製造方法の製造手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態において、基板上に混合粉末を供給する工程の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。本願発明の一実施形態は、（１）窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体の製造方法であって、前記他の元素の単体を含む第１粉末および前記窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、窒素ガス雰囲気下で、前記粉末層にレーザ光を照射することにより前記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する。粉末層において、前記他の元素の単体を含む第１粉末および上記窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成し、窒素ガス雰囲気下で、レーザ光を照射することにより、上記単体がレーザ光を吸収しやすく、さらに上記単体と窒素ガスとの窒化反応による発熱エネルギーを焼結のためのエネルギーの一部として活用して、前記粉末層を焼結させることができ、窒化物を主成分とする焼結体を製造することが可能となる。また、本実施形態によると、レーザ光の照射により焼結体を形成することができるので、原料（を含む系；例えば炉内）全体を高温に長時間保持して焼結を行なう方法と比較すると、低コスト・低エネルギーで焼結体を製造することができる。さらに、レーザ光の照射部分を適宜調整することにより、所望の三次元造形物を簡便・容易に製造することができる。
【００１５】
（２）前記窒化物は、周期律表における１〜１４族元素の窒化物からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの元素は、レーザ光を吸収して好適に窒化物を形成し得るものであり、したがって上記製造方法により窒化物を主成分とする焼結体を製造することができる。
【００１６】
（３）好ましい一実施形態において、前記窒化物は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含む。窒化ケイ素の焼結体は、優れた高温特性を有するので、本願発明のように簡易な方法で製造することができれば、広範囲な部品、製品の製造に好適であるからである。
【００１７】
（４）前記焼結工程において、前記レーザ光として、たとえば炭酸ガスレーザより発振されるレーザ光を用いることができる。炭酸ガスレーザより発振されるレーザ光の波長は１０．６μｍであり、たとえば、窒化ケイ素焼結体を製造するのに際して、単体のケイ素は、かかる波長の光の吸収率が高く、効率良く窒化反応および焼結反応を進めることができる。単体のケイ素がかかる波長の光を高効率で吸収するのは、この波長域でフォノン振動吸収を生じることによるものと解される。
【００１８】
（５）前記焼結工程において、前記レーザ光として、たとえば波長が１．０μｍ以下のレーザ光を用いることができる。たとえば、窒化ケイ素焼結体を製造するのに際して、単体のケイ素は、かかる波長の光の吸収率が高く、効率よく窒化反応および焼結反応を進めることができる。単体のケイ素がかかる波長の光を高効率で吸収するのは、ケイ素のバンドギャップが約１．２ｅＶであり、これは波長１．０μｍの光のエネルギーに相当するので、ケイ素は波長１．０μｍ以下の光を吸収して電子遷移を生じることによるものと解される。
【００１９】
（６）一実施形態においては、前記焼結工程において、前記粉末層の前記第１粉末が加熱された状態で、前記粉末層に波長が１．０μｍより大きく１．１μｍ以下のレーザ光を照射する。上述のとおり、ケイ素のバンドギャップは常温で約１．２ｅＶ（波長１．０μｍの光のエネルギーに相当）であるものの、ケイ素のバンドギャップは高温になるにつれて小さくなるので、単体のケイ素は、温度に応じて、波長が１．０μｍより大きい光も吸収することになる。したがって、第１粉末が加熱された状態では、波長が１．０μｍより大きく１．１μｍ以下のレーザ光を吸収し、効率よく窒化反応及び焼結反応を進めることができる。
【００２０】
（７）前記第１粉末は、さらに希土類酸化物、カーボン、有機物、酸化防止剤からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。希土類酸化物は、レーザ照射による加熱時に単体表面の酸化物と複合酸化物を容易に形成するので、得られる焼結体中の酸素含有量が減少し熱伝導率が向上する。カーボンおよび有機物は、単体表面の酸化物を還元除去あるいは単体の新たな酸化を抑制するので、得られる焼結体中の酸素含有量が減少し、熱伝導率が向上する。酸化防止剤は、単体が酸化変質することを防止するので、得られる焼結体中の酸素含有量を減少させ、熱伝導率を向上させることができる。
【００２１】
（８）前記準備工程において、前記第１粉末および前記第２粉末を混合して平均粒径が１０μｍ以上の造粒物に造粒し、前記造粒物を用いて粉末層を形成することが好ましい。造粒物を用いることにより、原料の流動性が良好となって粉末層を形成する際に原料が供給しやすくなり、製造工程の自動化・低コスト化を実現しやすくなる。
【００２２】
（９）また、本願発明の実施形態である積層体の製造方法は、基板と、前記基板上に形成され、窒素元素と他の元素が結合した窒化物を主成分とする焼結体とを有する積層体の製造方法であって、前記基板上に、前記他の元素の単体を含む第１粉末および前記窒化物を含む第２粉末とが少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程と、窒素ガス雰囲気下で、前記粉末層にレーザ光を照射することにより前記粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程と、を有する。この方法により、基板への熱負荷を最小限にしながら、基板上に窒化物焼結体を形成することができるので、基板と窒化物焼結体との熱膨張率差によって生じるクラックの発生を抑制することができ、高い接合強度を有する積層体を製造することができる。また、本実施形態によると、レーザ光の照射により焼結体を形成することができるので、原料（を含む系；例えば炉内）全体を高温に長時間保持して焼結を行なう方法と比較すると、低コスト・低エネルギーで焼結体を製造することができる。さらに、レーザ光の照射部分を適宜調整することにより、所望の三次元造形物を簡便・容易に製造することができる。
【００２３】
（１０）本願発明の一実施形態においては、前記準備工程と、前記焼結工程とをこの順で繰り返して複数回行ない、前記基板上に複数の前記焼結層からなる焼結体を形成する。上記（９）に記載する実施形態において、一回の焼結工程で形成し得る焼結層の厚みは上限があるので、準備工程と焼結工程とを繰り返して行なうことにより、複数の焼結層が積層された所望の厚さの焼結体を製造することができる。新たに積層される焼結層は、既に形成された下層を成す焼結層と一体化させることができ、高い接合強度を有する積層体を製造することができる。
【００２４】
（１１）上記（１０）において、前記焼結層の一層の厚さは、たとえば０．３ｍｍ以下であり、前記焼結体の厚さは１ｍｍ以下に形成することができる。このような数値範囲で形成することにより、十分に焼結反応が進んだ焼結層を短時間で形成することが可能であり、また新しく形成する焼結層についても十分に焼結反応が進んだ焼結層を形成することが可能であり、より高い接合強度を有する積層体を製造することができる。
【００２５】
（１２）また、本発明の一実施形態は、上記（９）〜（１１）のいずれかに記載の製造方法により製造された積層体を提供する。かかる積層体は、高熱伝導性の焼結体を備え、パッケージや回路基板の絶縁基板として有用である。
【００２６】
[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態にかかる積層体の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、積層体は、窒素元素と他の元素（本明細書においては「窒化物構成元素」ともいう）が結合した窒化物を主成分とする焼結体（本明細書においては「窒化物焼結体」ともいう）を備えるものであり、したがって本実施形態は窒化物焼結体の製造方法の具体例でもある。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００２７】
図１は、本実施形態の製造方法の製造手順を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態の製造方法は、窒化物構成元素の単体を含む第１粉末および窒化物を含む第２粉末が少なくとも混合されてなる粉末層を形成する準備工程（Ｓ１）と、窒素ガス雰囲気下で、粉末層にレーザ光を照射することにより粉末層を焼結させて焼結層を形成する焼結工程（Ｓ２）とから主に構成されている。
【００２８】
準備工程（Ｓ１）では、最初に第１粉末と第２粉末とが少なくとも混合された混合粉末を準備する（Ｓ１１）。次いで、焼結体を形成する基板を準備し（Ｓ１２）、基板上に混合粉末を供給する（Ｓ１３）。そして、基板上の混合粉末をならして、均等な厚さの粉末層を形成する（Ｓ１４）。次に、焼結工程（Ｓ２）に移行する。焼結工程（Ｓ２）では、まずレーザ発振機からレーザ光を発振させ（Ｓ２１）、窒素雰囲気下でレーザ光を粉末層に照射しながらレーザ光を粉末層内でスキャニングする（Ｓ２２）。これにより、粉末層に含まれる第１粉末の窒化反応を生じさせるとともに、粉末層の焼結反応を進行させて、基板と一体化した焼結層を形成する（Ｓ２３）。そして、焼結層の総厚が所定の厚みになったかを確認して（Ｓ３）、所定の厚みになるまで準備工程（Ｓ１）のＳ１３，１４と、焼結工程（Ｓ２）とを繰返し、複数の焼結層からなる焼結体を積層する。なお、新たに積層される焼結層は、焼結に際して、既に形成された下層をなす焼結層と一体化することになる。
【００２９】
以上のようにして積層体が製造される。なお、上記において、適宜切削工程を組み合わせてもよく、切削工程を組み合わせることにより、所望の形状を有する三次元形状造形物を容易かつ簡便に製造することができる。
【００３０】
本実施形態の製造方法により焼結体が製造される窒化物は、好ましくは、周期律表における１〜１４族元素の窒化物からなる群より選択される。周期律表における１〜１４族の窒化物としては、ＢＮ，ＡｌＮ，ＳｃＮ，ＹＮ，ＬａＮ，ＣｅＮ，ＰｒＮ，ＮｄＮ，ＳｍＮ，ＥｒＮ，ＧａＮ，ＩｎＮ，ＺｒＮ，ＶＮ，ＴａＮ，ＮｂＮ，ＣｒＮ，ＴｉＮ，ＭｎＮ，ＶＮ２，ＷＮ２，Ｎｂ２Ｎ，Ｃｒ２Ｎ，Ｗ２Ｎ，Ｆｅ２Ｎ，Ｌｉ３Ｎ，Ｎａ３Ｎ，Ｋ３Ｎ，Ｒｂ３Ｎ，Ｃｓ３Ｎ，Ｃｕ３Ｎ，Ｔｌ３Ｎ，Ｆｅ３Ｎ，Ｂｅ３Ｎ２，Ｍｇ３Ｎ２，Ｃａ３Ｎ２，Ｓｒ３Ｎ２，Ｂａ３Ｎ２，Ｒａ３Ｎ２，Ｚｎ３Ｎ２，Ｃｄ３Ｎ２，Ｈｇ３Ｎ２，Ｇｅ３Ｎ２，Ｚｒ３Ｎ２，Ｃｒ３Ｎ２，Ｍｎ３Ｎ２，Ｃｏ３Ｎ２，Ｎｉ３Ｎ２，Ｃ３Ｎ４，Ｓｉ３Ｎ４，Ｔｉ３Ｎ４，Ｚｒ３Ｎ４，Ｔｈ３Ｎ４，Ｇｅ３Ｎ４，Ｕ３Ｎ４，Ｎｂ３Ｎ５，Ｔａ３Ｎ５が例示される。本実施形態の製造方法は、上記窒化物の中でも、その焼結体が優れた特性を有し、また材料の入手が容易であるという点から利用価値が高い窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の焼結体の製造方法として特に有用である。
【００３１】
［混合粉末］
混合粉末は、第１粉末と第２粉末とを含む。本実施形態において、混合粉末を構成する各成分の粉末粒子の形状は特に制限はなく、例えば、球形状、楕円体形状または多面体形状等であってもよい。本明細書において、粉末の粒径とは、投影面積円相当径を実質的に意味している。
【００３２】
第１粉末には、製造対象の窒化物を構成する元素（窒素元素以外）の単体が含まれる。かかる単体の種類は、製造対象の窒化物によって決定される。単体の形態は、使用するレーザ光の吸収率が高く、効率よく窒化反応が進み、また発熱反応である窒化反応の熱エネルギーを焼結反応に利用できるような材料であることが好ましい。第１粉末に含まれる単体は、好ましくは、レーザ回折式粒度分布計における体積平均粒径が０．５〜１００μｍの粉体である。
【００３３】
単体がＳｉの場合、窒化反応の熱化学反応式は、
３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｇ）＋約７５０ｋＪ（発熱）
と表される。上記反応式に記載されるように、Ｓｉの窒化反応は発熱を伴うものであるので、かかる熱エネルギーを焼結反応に利用することができる。
【００３４】
第１粉末には、さらに希土類酸化物、カーボン、有機物、酸化防止剤からなる群より選択される少なくとも一種の添加剤が含まれていることが好ましい。ここでいう有機物とは、窒素雰囲気中でのレーザ照射による焼結工程において、カーボン残渣を生成させる有機物のことを意味する。これらの添加剤は、好ましくは第１粉末中において、単体粉末を被覆している。例えば、メカノケミカル手法等によって、単体粉末をコア、添加剤をシェルとするコアシェル構造の複合化を行なうことで、第１粉末の分散状態を安定化しておくこともできる。
【００３５】
希土類酸化物を添加することにより、窒化物焼結体のさらなる高熱伝導化を図ることができる。希土類元素としては、Ｙ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｇｄ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ等が挙げられるが、これらの中でも、Ｙ，Ｙｂ，Ｓｍの酸化物が好ましく、Ｓｍの酸化物が特に好ましく用いられる。熱伝導特性の高い窒化物焼結体が得られることにより、高い耐熱衝撃性を必要とする部品または部材への適用が可能となる。Ｙ，Ｙｂ，Ｓｍの酸化物としては、具体的にはＹ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｓｍ２Ｏ３が挙げられる。第１粉末に添加される希土類酸化物の添加量は、例えば、単体粉末全量の２〜２０質量％である。
【００３６】
カーボンまたは有機物は、これらに含まれるカーボンの質量が、例えば、単体粉末全量の０．５〜５質量％となるように添加される。
【００３７】
酸化防止剤としては、単体が酸化変質することを防止することができる材料であれば限定されることはなく、例えば、ポリビニルピロリドン，ポリエチレンイミン、アスコルビン酸などが例示される。酸化防止剤の添加量は、例えば、単体粉末全量の０．１〜１質量％である。
【００３８】
第２粉末には、製造対象の窒化物の粉末が含まれる。窒化物の粉末は、どのような製造方法によって製造された材料であってもよく、例えばＳｉ３Ｎ４の場合、直接窒化法でもイミド分解法のいずれの方法によって製造されたものであっても使用することができる。用いられる窒化物は、レーザ回折式粒度分布計における体積平均粒径が０．１〜１μｍの粉末が好ましく用いられる。
【００３９】
粉末層を形成するために用いられる混合粉末中において、第１粉末と第２粉末の配合比率は、質量比で２０：８０〜５０：５０であることが好ましい。このような範囲内で配合することにより、第１粉末に含まれる単体の窒化反応の熱エネルギーを効率よく焼結反応に利用することができ、エネルギーコストの面から有利に窒化物焼結体を製造することができる。
【００４０】
上記比率で第１粉末と第２粉末とを配合した混合粉末は、好ましくは造粒物に造粒され、これを用いて粉末層を形成する。造粒方法は、例えば、混合粉末にエタノール等の媒質を加え、ボールミルで混合し、スプレードライ造粒を行なう。造粒物の平均粒径は、好ましくは１０μｍ以上であり、より好ましくは１０〜３０μｍである。かかる数値範囲の粒径に造粒することにより、原料の流動性が良好となって粉末層を形成する際に原料が供給しやすくなる。本明細書において造粒物の粒径とは、投影面積円相当径を実質的に意味しており、造粒物の平均粒径とは、造粒物の電子顕微鏡写真または光学顕微鏡写真に基づいてある個数の造粒物の粒径を測定し、そのメディアン値として算出したものを意味している。
【００４１】
［基板］
粉末層を形成する基板としては、基板と窒化物焼結体とからなる積層体の用途に応じて適宜選択することができ、積層体がパワーモジュール用基板として用いられる場合には、熱伝導率が少なくとも１００Ｗ／ｍＫ以上有するＭｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏから選ばれる少なくとも１種以上からなることが好ましい。また、その融点は少なくとも窒化反応が生じる温度以上であることが好ましい。
【００４２】
［粉末層］
混合粉末を、基板上に供給することにより、粉末層を形成する。形成される粉末層の厚さは、レーザ光の照射により、焼結層が形成され得る厚さとし、好ましくは０．３ｍｍ以下である。
【００４３】
［レーザ光］
焼結工程で粉末層に照射するレーザ光を発振させるレーザ発振器としては、例えば、炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザなどを用いることができる。使用するレーザ発振器の出力は、例えば、１００Ｗ以上であることが好ましく、走査速度は１〜１００ｍｍ／ｓであることが好ましい。
【００４４】
第１粉末に含まれる単体がＳｉである場合、炭酸ガスレーザから発振されるレーザ光を照射に用いると、Ｓｉが効率的に発熱するので好ましい。これは、炭酸ガスレーザの波長は１０．６μｍであり、この波長域においてＳｉはフォノン振動吸収を生じるためであると考えられる。レーザ光のビーム径については、波長より小さく絞ることができない。炭酸ガスレーザから発振されるレーザ光の波長は比較的長く、したがってレーザ光の照射による造形に高精度を求めない領域での照射に適している。
【００４５】
第１粉末に含まれる単体がＳｉである場合、半導体レーザまたは高調波のＹＡＧレーザから発振される波長１．０μｍ以下のレーザ光を照射に用いると、Ｓｉが効率的に発熱するので好ましい。これは、Ｓｉのバンドギャップ約１．２ｅＶに相当する波長が約１．０μｍであり、したがって波長１．０μｍ以下のレーザ光によってＳｉの電子遷移による吸収を生じるためであると考えられる。
【００４６】
第１粉末に含まれる単体がＳｉである場合、たとえばＹｂファイバーレーザから発振される波長１．０６〜１．１０μｍのレーザ光を照射に用いる場合は、少なくとも第１粉末が加熱された状態でレーザ光を照射することが好ましい。Ｓｉは常温ではかかる波長のレーザ光を透過し吸収発熱の効率が低くなるが、Ｓｉの温度の上昇に伴ってバンドギャップが減少する。たとえば、Ｓｉの温度が３００℃においては、バンドギャップが約０．１μｍ長波長側にシフトする。したがって、予めＳｉを、好ましくは、約３００℃に加熱しておくことにより、１．０μｍより大きく１．１μｍ以下のレーザ光であってもＳｉによって効率よく吸収され、窒化反応、および焼結反応させることが可能となる。第１粉末の加熱方法は特に限定されることはなく、粉末を加熱する公知の方法により加熱することができる。
【００４７】
［用途］
本実施形態によると、優れた機械特性と高熱伝導性を有する窒化物焼結体を備えた積層体を製造することができる。かかる積層体はパワーモジュール用基板に有用である。
【００４８】
図２は、準備工程（Ｓ１）における基板上に混合粉末を供給する工程（Ｓ１３）の一例を模式的に示す図である。図２に示すように、基板２０上に供給されて粉末層を形成する混合粉末は、第１粉末１４と、第２粉末１１を含み、ここに示す例において、第１粉末は単体粉末１２とこれを被覆する希土類酸化物等の添加剤１３からなるコアシェル構造を有する。粉末層においては、後段の工程においてレーザ光Ｌが照射されて、窒化反応と焼結反応が促進される。
【実施例】
【００４９】
［焼結体の製造］
Ｓｉ粉末（体積平均粒径５μｍ）と、Ｓｉ粉末の質量に対して５質量％のＹ２Ｏ３粉末（体積平均粒径１μｍ）と、５質量％のＳｍ２Ｏ３粉末（体積平均粒径１μｍ）とを、乾式の遊星ボールミルを使用して混合し、Ｓｉ粉末の表面にＹ２Ｏ３とＳｍ２Ｏ３とを付着被覆させて第１粉末を作製した。このように作製した第１粉末と、Ｓｉ３Ｎ４粉末（体積平均粒径０．５μｍ）である第２粉末とを質量比３：７で混合し、スプレードライ造粒し、粉末層を形成する混合粉末を調製した。造粒物の数平均粒径は２０μｍであった。
【００５０】
金属積層造形装置に、１００ｍｍ角のＣｕＭｏ板をセットし、上記にて調製した混合粉末を供給してならし、厚みが０．１ｍｍである粉末層を形成した。かかる粉末層に対して、窒素雰囲気下で、炭酸ガスレーザ発振器から発振される炭酸ガスレーザ（波長１０．６μｍ、ビームスポット０．４ｍｍ）を、レーザ出力２００Ｗ、走査幅０．１ｍｍ、走査速度５０ｍｍ／ｓで照射および走査し３０ｍｍ×５ｍｍの短冊状に５本の焼結層を形成した。かかる焼結層の上に、上記焼結層形成の工程をさらに２回繰り返して行ない、合計の厚さが０．３ｍｍの３層からなる焼結体を３０ｍｍ×５ｍｍの短冊状に５本造形した。
【００５１】
［Ｘ線回折］
レーザ照射する前の混合粉末、およびレーザ照射後の焼結体についてＸ線回折により分析を行なったとこと、混合粉末で認められたＳｉのピークが焼結体においては認められず、Ｓｉ３Ｎ４のピークが確認された。このことから、混合粉末中におけるＳｉ粉末は、窒化してＳｉ３Ｎ４焼結体となっていることが確認された。
【００５２】
［密度測定］
ＣｕＭｏ板上のＳｉ３Ｎ４造形物をアルキメデス法で密度を測定（ＣｕＭｏ板分を差し引いて算出）したところ、相対密度は９５％であり、焼結／緻密化が進んでいることが確認された。
【００５３】
［熱伝導率測定］
造形後に３０ｍｍ×５ｍｍの短冊状の造形部において光交流法で熱伝導率を評価したところ、熱伝導率は６５Ｗ／ｍＫであった。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の製造方法により製造される焼結体は、パワーモジュール基板等に用いると有益である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  第２粉末、１２  単体粉末、１３  添加剤、１４  第１粉末、２０  基板。
【図１】
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【図２】
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