(57)【要約】【課題】焼結用セラミックスを効率よく焼結する方法、及び、焼結用セラミックスからなる非焼結部を効率よく焼結して焼結部を有する物品を製造する方法を提供する。【解決手段】本発明の焼結方法では、焼結用セラミックスからなる物品１２の表面に、炭素粉末を含む層１４を形成し、次いで、得られた積層物１０における炭素粉末含有層１４の表面にレーザーを照射する。これにより、レーザー照射部における炭素粉末含有層１４の下地側に焼結部１６が形成される。レーザーの波長は、好ましくは４００ｎｍ〜１１μｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結用セラミックスからなる物品の表面に、炭素粉末を含む層を形成し、次いで、得られた積層物における前記炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射することを特徴とする、焼結用セラミックスの焼結方法。
【請求項２】
前記レーザーの波長が４００ｎｍ〜１１μｍである請求項１に記載の焼結方法。
【請求項３】
焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する工程と、得られた積層物における前記炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる工程とを、順次、備えることを特徴とする、焼結部を有する物品の製造方法。
【請求項４】
前記レーザーの波長が４００ｎｍ〜１１μｍである請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記焼結用セラミックスが、酸化物、窒化物及び酸窒化物から選ばれた少なくとも１種である請求項３又は４に記載の製造方法。
【請求項６】
焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する第１工程と、得られた積層物における前記炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる第２工程とを、順次、行った後、焼結部の表面に、焼結用セラミックスからなる非焼結部を形成する第３工程とを備え、該第３工程の後、前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し行うことを特徴とする、３次元立体構造の焼結部を有する物品の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程において、前記積層物を固定した状態で、前記レーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する、又は、前記積層物を移動させながら、光路を固定した前記レーザーを照射する請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記第３工程において、前記焼結用セラミックスの粒子と、分散媒とを含有するスラリーを、前記焼結部を含む前記物品を加熱した状態で、該焼結部の表面に噴霧する請求項６又は７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結用セラミックスの焼結方法、及び、これを利用した焼結物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、板状のセラミックス焼結体を製造する場合、セラミックス粒子と、高分子バインダーを媒体に溶解したバインダー溶液とを混合して調製した、スラリー、ペースト又は粉体を、プレス成形、スラリーの鋳込み、射出成形、押出成形、スクリーン印刷等に供した後、焼成処理を行う方法がある。これらのうち、基材の上でセラミックス焼結体を製造する方法は、特許文献１に開示されており、シート状セラミックの製造方法として、水溶性バインダーと、セラミック粉末と、水とを含み、体積固形分比率が２％以上５％未満であるセラミックスラリー組成物を支持体上に流延してシート状に成形し、セラミックスラリーの乾燥、脱脂及び焼成を行う方法が記載されている。
【０００３】
ところで、近年、３次元形状の立体モデルである造形物の製造方法が広く提案されている。例えば、特許文献２には、限られた領域に粉末材料の第一層を沈積する工程（１）と、粉末材料層の選択された領域に結合剤材料を塗付して、接合された粉末材料の第一層を選択された領域に形成する工程（２）とを含み、各々接合された粉末材料の選択領域を有して、コンポーネントを形成する選択された数の継続層を形成するために、工程（１）及び（２）を選択された回数繰り返し、コンポーネントを形成する継続する層から未接合の粉末材料を除去する工程を含む、コンポーネントの製造方法が開示されている。特許文献３には、粉末材料の薄層を形成する工程と、粉末材料の薄層の特定の領域に加熱用エネルギービームを照射することにより、昇温した予備加熱層を形成する工程と、昇温した予備加熱層の領域内の粉末材料の薄層に加熱用エネルギービームを照射し、粉末材料の薄層を溶融し固化して固化層を形成する工程とを有し、各工程を繰り返して積層造形物を作製することを特徴とする粉末積層造形方法が開示されている。また、特許文献４には、第１の無機粒子が含まれる焼結造形材料を用いて造形層を形成する造形層形成工程と、造形層の所望の領域に第２の無機粒子が含まれる液状結合剤を付与する工程と、付与された液状結合剤を硬化させて造形断面層を形成する工程と、造形層の液状結合剤が付与されていない領域を除去する工程と、造形断面層を加熱して焼結処理する工程と、を含むことを特徴とする焼結造形方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１５３０７号公報
【特許文献２】特開平６−２１８７１２号公報
【特許文献３】特開２０１５−３８２３７号公報
【特許文献４】特開２０１５−２０５４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
焼結用セラミックスに、直接、レーザーを照射すると、十分に焼結することができず、例えば、深さ方向に焼結しようとする場合、長時間の照射が不可欠であった。
本発明の目的は、焼結用セラミックスを効率よく焼結する方法、焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品（以下、「原料物品」ともいう）における、該非焼結部の所望の部分を焼結部とした物品（以下、焼結部が一部であっても、全体であっても「焼結物」ともいう）を効率よく製造する方法、及び、３次元立体構造の焼結物（以下、「造形物」ともいう）を効率よく製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下に示される。
１．焼結用セラミックスからなる物品の表面に、炭素粉末を含む層を形成し、次いで、得られた積層物における上記炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射することを特徴とする、焼結用セラミックスの焼結方法。
２．上記レーザーの波長が４００ｎｍ〜１１μｍである上記項１に記載の焼結方法。
３．焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する工程と、得られた積層物における炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる工程とを、順次、備えることを特徴とする、焼結部を有する物品の製造方法。
４．上記レーザーの波長が４００ｎｍ〜１１μｍである上記項３に記載の製造方法。
５．上記焼結用セラミックスが、酸化物、窒化物及び酸窒化物から選ばれた少なくとも１種である上記項３又は４に記載の製造方法。
６．焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する第１工程と、得られた積層物における炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる第２工程とを、順次、行った後、焼結部の表面に、焼結用セラミックスからなる非焼結部を形成する第３工程とを備え、該第３工程の後、上記第１工程及び上記第２工程を繰り返し行うことを特徴とする、３次元立体構造の焼結部を有する物品の製造方法。
７．上記第２工程において、上記積層物を固定した状態で、上記レーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する、又は、上記積層物を移動させながら、光路を固定した上記レーザーを照射する上記項６に記載の製造方法。
８．上記第３工程において、上記焼結用セラミックスの粒子と、分散媒とを含有するスラリーを、上記焼結部を含む上記物品を加熱した状態で、該焼結部の表面に噴霧する上記項６又は７に記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の焼結方法によれば、焼結用セラミックスに、直接、レーザーを照射する場合に比べて、より短時間で焼結用セラミックスを焼結することができる。特に、表面から、３００μｍ程度の深さまでの焼結を効率よく行うことができる。従って、焼結用セラミックスからなる非焼結部における所望の部分を焼結部とした焼結物又は造形物を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の焼結方法及び本発明の焼結物の製造方法の１例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の焼結物の製造方法の他例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の造形物の製造方法の１例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の造形物の製造方法の他例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の造形物の製造方法の他例を示す概略断面図である。
【図６】比較例１で得られた焼結物のレーザー照射部側表層部の断面を示すＳＥＭ画像である。
【図７】実施例１で得られた焼結物のレーザー照射部の表面を示すＳＥＭ画像である。
【図８】図７の拡大画像である。
【図９】実施例１で得られた焼結物のレーザー照射部側表層部の断面を示すＳＥＭ画像である。
【図１０】実施例１で得られた焼結物のレーザー非照射部側表層部の断面を示すＳＥＭ画像である。
【図１１】図９の点線包囲部の拡大画像である。
【図１２】実施例２で得られた焼結物のレーザー照射部の表面を示すＳＥＭ画像である。
【図１３】実施例２で得られた焼結物のレーザー照射部側表層部の断面を示すＳＥＭ画像である。
【図１４】実施例３で得られた積層焼結物の積層界面を示すＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の焼結方法は、焼結用セラミックスからなる物品の表面に、炭素粉末を含む層を形成し、次いで、得られた積層物における炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射することを特徴とする。
以下、図１を用いて説明する。
【００１０】
図１（Ａ）は、焼結用セラミックスからなる物品１２の表面に形成された炭素粉末含有層１４の所定位置にレーザーを照射する説明図であり、図１（Ｂ）は、炭素粉末含有層１４におけるレーザー照射部の下地側の焼結用セラミックスが焼結されて、焼結部１６が形成されたことを示す説明図である。積層物１０における炭素粉末含有層１４にレーザーを照射すると、レーザー照射部では、炭素粉末がレーザーのエネルギーを吸収して発熱すると同時に、瞬時に消失する。そして、下地側の焼結用セラミックスは８００℃以上（推定温度）に予熱され、消失部（物品１２における焼結用セラミックスの露出部）が更にレーザーを受光することで温度上昇が進行して焼結され、焼結部１６が形成される。尚、図１（Ｂ）の焼結部１６は、１面側から他面側に焼結されたものとしているが、物品１２の厚さ、レーザーの照射条件等により、表面層のみを焼結部１６とすることもできる。
【００１１】
上記物品１２を構成する焼結用セラミックスは、好ましくは、酸化物、窒化物、酸窒化物等であり、これらのうち、１種のみであってよいし、２種以上であってもよい。
酸化物としては、酸化アルミニウム、ムライト、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム等を用いることができる。
窒化物としては、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化鉄等を用いることができる。
酸窒化物としては、サイアロン、酸窒化珪素等を用いることができる。
【００１２】
上記物品１２は、焼結用セラミックス粒子の集合体からなることが好ましい。この場合、粒子の形状及び大きさは、特に限定されない。粒子形状は、いずれも中実体の、球状、楕円球状、多面体状、線状、板状、不定形状等とすることができる。粒子の平均粒子径は、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。上記物品１２に含まれる粒子の密度は、形成される焼結部の強度、焼結時間等の観点から、好ましくは４０体積％以上、より好ましくは７０体積％以上である。
【００１３】
上記物品１２の形状は、特に限定されず、平板状、曲板状、棒状、筒状、塊状、又は、これらの組み合わせ若しくはこれらの変形形状とすることができる。
【００１４】
上記物品１２の表面への炭素粉末含有層１４の形成方法は、特に限定されない。炭素粉末のみ、又は、炭素粉末と、バインダーとを含有する組成物、又は、炭素粉末と、有機溶剤とを含有する組成物を用いて、スプレー等による散布法、スクリーン印刷等の印刷法、ドクターブレード法、スピンコート法、カーテンコーター法等の塗布法等により、上記物品１２の表面における所望の位置（一部又は全面）に炭素粉末含有層１４を形成することができる。炭素粉末含有層１４に含まれる炭素粉末の含有割合は、円滑な焼結性の観点から、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上である。
【００１５】
上記炭素粉末含有層１４の厚さは、特に限定されないが、円滑な焼結性の観点から、好ましくは５ｎｍ〜３０μｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍである。
【００１６】
上記炭素粉末含有層１４にレーザーを照射する場合、円滑な焼結性の観点から、５００ｎｍ〜１１μｍの波長のレーザーを用いることが好ましい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ＹＶＯレーザー、Ｎｄ：ＹＬＦレーザー、チタンサファイアレーザー、炭酸ガスレーザー等を用いることができる。
【００１７】
レーザーの照射条件は、焼結用セラミックスの種類、焼結面積、焼結深さ等により、適宜、選択される。レーザー出力は、円滑な焼結性の観点から、好ましくは５０〜２０００Ｗ／ｃｍ２、より好ましくは１００〜５００Ｗ／ｃｍ２である。また、照射時間は、好ましくは１秒間〜６０分間、より好ましくは５秒間〜３０分間である。
上記炭素粉末含有層１４にレーザーを照射する場合、その雰囲気は、特に限定されず、大気、窒素、アルゴン、ヘリウム等とすることができる。また、レーザーを照射する前の上記物品１２又は炭素粉末含有層１４に対して、予熱してもよい。予熱温度は、好ましくは３００℃以上、より好ましくは４００℃以上であり、上限は、通常、焼結用セラミックスの融点より２００℃以上低い温度である。予熱方法は、特に限定されず、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、抵抗加熱、高周波誘導加熱、マイクロ波加熱等とすることができる。
積層物１０における炭素粉末含有層１４の全面にレーザー照射を行った場合には、炭素粉末含有層１４におけるレーザー照射部の下地側の全面を焼結部１６とすることができるので、上記物品１２に対して大面積の焼結を行う場合、積層物１０を固定した状態でレーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する方法、又は、積層物１０を移動させながら、光路を固定したレーザーを照射する方法を適用することができる。
【００１８】
積層物１０における炭素粉末含有層１４にだけでなく、炭素粉末含有層が形成されていない焼結用セラミックスに対して、レーザーを照射すると、そのエネルギー積算量が高いほど、深さ方向に十分な焼結を進めることができる。しかしながら、同じ深さまでの表面層を焼結させたり、炭素粉末含有層における照射部の下地側であって、１面側から他面側に渡る断面部分全体を焼結させたりするのに必要な時間は、大きく異なり、本発明の方法は、炭素粉末含有層が形成されていない焼結用セラミックスに対して、レーザーを照射する方法よりも、短時間化が可能であり、有用である。
【００１９】
尚、上記のレーザー照射条件を、例えば、平板状の積層物１０に適用した場合、表面から３００μｍ程度の深さまでの焼結を効率よく行うことができる。従って、積層物１０を固定した状態でレーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する方法、又は、積層物１０を移動させながら、光路を固定したレーザーを照射する方法においても、特定の部分において、表面から所望の深さまでの焼結を行うことができる。
【００２０】
本発明の焼結物の製造方法は、焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品（原料物品）の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する工程と、得られた積層物における炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる工程とを、順次、備える。原料物品における非焼結部を構成する焼結用セラミックスは、上記のように、酸化物、窒化物、酸窒化物等とすることができる。また、原料物品における非焼結部の表面に炭素粉末含有層を形成する方法、及び、レーザーの照射方法（レーザーの種類、波長、照射条件等）もまた、上記の通りである。
【００２１】
本発明では、図１に示す方法で焼結物２０を製造する以外に、例えば、図２に示す方法で焼結物２０を製造することができる。
図２（Ａ）は、焼結用セラミックス以外の材料からなる物品１１が有する凹部に充填形成されている、焼結用セラミックスからなる非焼結部１５の表面に炭素粉末含有層１４を配設した積層物１０の該炭素粉末含有層１４に（図示していない光源から）レーザーを照射する説明図である。図２（Ｂ）は、炭素粉末含有層１４を介して非焼結部１５に照射されたレーザーのエネルギーにより非焼結部１５が焼結されて、焼結部１６が形成されたことを示す説明図である。
【００２２】
以上のように、本発明により、焼結物を効率よく製造することができる。また、本発明により、３次元立体構造の焼結部を有する物品を製造することもできる。このような物品を製造する場合には、例えば、積層物１０における炭素粉末含有層１４の下地側の非焼結部１５へのエネルギーを変化させながら、炭素粉末含有層１４にレーザーをスキャンする方法を適用することができる。
【００２３】
次に、本発明の造形物の製造方法は、焼結用セラミックスからなる非焼結部を備える物品（原料物品）の該非焼結部の表面に、炭素粉末を含む層を形成する第１工程と、得られた積層物における炭素粉末含有層の表面にレーザーを照射して、照射部の下地側に位置する焼結用セラミックスを焼結させる第２工程とを、順次、行った後、焼結部の表面に、焼結用セラミックスからなる非焼結部を形成する第３工程とを備え、該第３工程の後、上記第１工程及び上記第２工程を繰り返し行うことを特徴とする。
以下、図３、図４及び図５を用いて説明する。
【００２４】
図３は、図３（７）に示される、３次元立体構造を有する造形物４０Ａを製造する方法を示す概略図である。
図３（１）は、板状の原料物品１０を示す断面図であり、板状の基材からなる基部１１と、その１面側に形成された、焼結用セラミックスからなる非焼結部（非焼結層）１２Ａとを備える。基部１１を構成する基材は、金属、合金及びセラミックスから選ばれた少なくとも１種からなることが好ましい。非焼結部（非焼結層）１２Ａは、溶射法、電子ビーム物理蒸着法、レーザー化学蒸着法、コールドスプレー法、焼結用セラミックス粒子、分散媒及び必要に応じて用いられる高分子バインダーを含むスラリーを塗布した後、乾燥を行い、更に脱脂する方法等の、従来、公知の方法で形成することができる。基部１１及び非焼結部（非焼結層）１２Ａは、接合されていてよいし、接合されずに、非焼結部（非焼結層）１２Ａが基部１１の上に載置されていてもよい。
はじめに、原料物品１０を第１工程に供し、非焼結部（非焼結層）１２Ａの表面に炭素粉末含有層１４Ａを形成し、積層物１０Ａを得る（図３（２）参照）。この第１工程では、上記の炭素粉末含有層の形成方法を適用することができる。そして、この積層物１０Ａを第２工程に供し、図３（２）に示される領域Ｒ１に対して、レーザーを照射し、非焼結部（非焼結層）１２Ａの表面から基部１１に至る深さまでの焼結用セラミックスを焼結して、焼結部（焼結層）１６Ａを形成する（図３（３）参照）。この第２工程では、上記のレーザーの照射方法（レーザーの種類、波長、照射条件等）を適用することができ、積層物１０Ａを固定した状態で、レーザーをスキャンさせながら若しくは光拡散レンズを介して光路を変化させながら照射する、又は、積層物１０Ａを移動させながら、光路を固定したレーザーを照射する方法とすることができる。尚、第２工程を行った直後において、図３（３）における非焼結部１３Ａの表面には、炭素粉末含有層（図３（２）における領域Ｒ１の周縁の炭素粉末含有層）が残存するが、図３（３）においては、この表示を省略している。
次に、図３（３）の焼結物を第３工程に供し、この焼結物における少なくとも焼結部（焼結層）１６Ａの表面に、焼結用セラミックスからなる非焼結部（非焼結層）１２Ｂを形成する（図３（４）参照）。この第３工程で用いる焼結用セラミックスは、非焼結部（非焼結層）１２Ａを構成する焼結用セラミックスと同一であってよいし、異なってもよい。この非焼結部（非焼結層）１２Ｂは、非焼結部（非焼結層）１２Ａと同様にして形成することができるが、焼結用セラミックスの粒子と、分散媒とを含有するスラリーを、焼結部（焼結層）１６Ａ及び非焼結部１３Ｂの表面に、これらを加熱した状態で、少なくとも焼結部（焼結層）１６Ａの表面に噴霧することにより、後に繰り返される第１工程及び第２工程による焼結時に、界面剥離等の不具合が抑制された一体化物を効率よく形成することができる。上記スラリーは、好ましくは、水又はアルコールを主とし、必要に応じて、界面活性剤を含む分散媒に焼結用セラミックス粒子を、１０〜６０体積％程度として分散させたものである。尚、スラリーを噴霧する際の焼結部（焼結層）１６Ａ及び非焼結部１３Ｂの加熱温度は、特に限定されないが、通常、１２０℃〜４００℃である。
上記非焼結部（非焼結層）１２Ｂの厚さは、好ましくは１〜１０００μｍ、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００２５】
その後、上記と同様にして、２回目の第１工程を行い、非焼結部（非焼結層）１２Ｂの表面に炭素粉末含有層１４Ｂを形成し、積層物１０Ｂを得る（図３（５）参照）。そして、この積層物１０Ｂを、２回目の第２工程に供し、図３（５）に示される領域Ｒ２に対して、上記と同様にしてレーザーを照射し、非焼結部（非焼結層）１２Ｂの表面から焼結部（焼結層）１６Ａに至る深さまでの焼結用セラミックスを焼結して、焼結部（焼結層）１６Ａを含み、一体化した焼結部（焼結層）１６Ｂを形成する（図３（６）参照）。図３（６）は、焼結部（焼結層）１６Ｂが、その上側露出部を除き、図３（４）及び（５）における非焼結部１３Ａを含むように形成された非焼結部１３Ｂの中に埋設されたことを示す。非焼結部（非焼結層）１２Ａ及び１２Ｂが、焼結用セラミックス粒子からなる場合、非焼結部１３Ｂは、高圧スプレー、超音波洗浄、サンドブラスト等により、容易に除去することができ、これにより、図３（７）に示される、基部１１の１面側に形成された造形物４０Ａを得ることができる。
【００２６】
図３を用いた造形物の製造方法の説明において、第１工程による炭素粉末含有層１４Ａ等、及び、第３工程による非焼結部（非焼結層）１２Ｂ等は、下地に対して、基部１１の表面積と同じ表面の全体に積層したものとしているが、これに限定されず、焼結部（焼結層）１６Ａの表面に含まれる焼結部（焼結層）であって、焼結部（焼結層）１６Ａの表面に形成させて焼結部（焼結層）１６Ｂを得る場合には、例えば、図３（４）における非焼結部（非焼結層）１２Ｂを、焼結部（焼結層）１６Ａの表面のみに形成し、図３（５）における炭素粉末含有層１４Ｂを、非焼結部（非焼結層）１２Ｂの表面における領域Ｒ１に相当する部分のみに形成してもよい。
【００２７】
図４は、図４（１７）に示される、３次元立体構造を有する造形物４０Ａを製造する方法を示す概略図である。図４（１１）〜（１４）は、図３（１）〜（４）に係る上記記載を適用することができる。
図４（１５）は、２回目の第１工程を示し、非焼結部（非焼結層）１２Ｂの表面の一部（図４（１６）の符号１６Ｂの上面に相当する部分）に炭素粉末含有層１４Ｃを形成し、積層物１０Ｃを得る。そして、この積層物１０Ｃを、２回目の第２工程に供し、図４（１５）に示される領域Ｒ３に対して、上記と同様にしてレーザーを照射し、炭素粉末含有層１４Ｃの下方側の、非焼結部（非焼結層）１２Ｂの表面から焼結部（焼結層）１６Ａに至る深さまでの焼結用セラミックスを焼結して、焼結部（焼結層）１６Ａを含み、一体化した焼結部（焼結層）１６Ｂを形成する（図４（１６）参照）。この方法の場合、レーザーの照射面が炭素粉末含有層１４Ｃ以外の部分を含むようにしているが、炭素粉末含有層１４Ｃにおいて焼結温度に達しやすいため、図４（１６）の焼結部（焼結層）１６Ｂを効率よく形成することができる。図４（１６）は、焼結部（焼結層）１６Ｂが、その上側露出部を除き、図４（１４）及び（１５）における非焼結部１３Ａを含むように形成された非焼結部１３Ｂの中に埋設されたことを示す。非焼結部（非焼結層）１２Ａ及び１２Ｂが、焼結用セラミックス粒子からなる場合、図３と同様に、非焼結部１３Ｂは、高圧スプレー、超音波洗浄、サンドブラスト等により、容易に除去することができ、これにより、図４（１７）に示される、基部１１の１面側に形成された造形物４０Ａを得ることができる。
【００２８】
図５は、図３（６）に示される焼結部（焼結層）１６Ｂを含む積層材料又は図４（１６）に示される焼結部（焼結層）１６Ｂを含む積層材料を用い、図５（２４）に示される３次元立体構造を有する造形物４０Ｂを製造する方法を示す概略図である。
図５（２１）は、図３（６）の焼結物１６Ｂを含む積層材料又は図４（１６）に示される焼結部（焼結層）１６Ｂを含む積層材料を第３工程に供し、焼結部（焼結層）１６Ｂ及び非焼結部１３Ｂの表面に、非焼結部（非焼結層）１２Ｄが形成されたことを示す断面図である。この非焼結部（非焼結層）１２Ｄは、非焼結部（非焼結層）１２Ａ及び１２Ｂと同様にして形成することができる。非焼結部（非焼結層）１２Ｄの厚さも、上記と同様とすることができる。
その後、非焼結部（非焼結層）１２Ｄの表面に炭素粉末含有層１４Ｄを形成する第１工程により、積層物１０Ｄを得る。そして、この積層物１０Ｄを第２工程に供し、図５（２２）に示される領域Ｒ３に対して、非焼結部１３Ｂにおける領域１３Ｘを焼結させない条件でレーザーを照射し、非焼結部（非焼結層）１２Ｄの表面から焼結部（焼結層）１６Ｂの凸部上面に至る深さまでの焼結用セラミックスを焼結して、焼結部（焼結層）１６Ｄを形成する（図５（２３）参照）。図５（２３）は、焼結部（焼結層）１６Ｄが、その上側露出部を除き、図５（２１）及び（２２）における非焼結部（非焼結層）１３Ｂを含むように形成された非焼結部１３Ｄの中に埋設されたことを示す。非焼結部（非焼結層）１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｄが、焼結用セラミックス粒子からなる場合、非焼結部１３Ｄは、上記と同様にして、容易に除去することができ、これにより、図５（２４）に示される、基部１１の１面側に形成された造形物４０Ｂを得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。
【００３０】
以下の実験では、酸化アルミニウム粒子を用いて得られた、一定体積に占める酸化アルミニウム粒子の合計体積の割合が９２％である板状焼結用セラミックス（２０ｍｍ×２０ｍｍ×３００μｍ）を用いた。
【００３１】
比較例１
板状焼結用セラミックスの真上にＮｄ：ＹＡＧレーザーの光源を配置し、光源から、波長１０６４ｎｍ、出力４５０Ｗのレーザーを、板状焼結用セラミックスにおけるビーム径が５ｍｍとなるように照射した。レーザーの照射を１分間行い、得られた焼結物の断面の表層部をＳＥＭ観察したところ、焼結部の断面方向の深さ（図６の矢印部分の長さ）約１００μｍまで粒子の結合が見られたが、結合した粒子の割合は、表面から５μｍ程度の深さでは６０％程度、表面から５０μｍの深さでは３０％程度、表面から１００μｍの深さでは５％程度となって、深くなるにつれて減少し、緻密な焼結層は形成されなかった（図６参照）。
【００３２】
実施例１
板状焼結用セラミックスの表面に、日本船舶工具有限会社製エアゾール乾性黒鉛皮膜形成潤滑剤「ＤＧＦスプレー」（商品名）の吹き付けを約１秒間行った。その後、これを、３０秒間放置して、厚さが約５μｍの炭素粉末含有層を備える積層物を得た。
次に、積層物を、ヒーター機能を有するステンレス製ステージに載置して、炭素粉末含有層の表面温度が５００℃となるまで加熱した。そして、炭素粉末含有層の表面の同一位置に、波長１０６４ｎｍ、出力５０Ｗのレーザーを１０秒間照射した。このとき、炭素粉末含有層におけるビーム径を５ｍｍとした。得られた焼結物の表面及びその拡大部のＳＥＭ画像を、それぞれ、図７及び図８に示す。これらの図によれば、十分に焼結されたことが分かる。
また、得られた焼結物における両面側（レーザーの照射面側及び非照射面側）の表層部のＳＥＭ画像を、それぞれ、図９及び図１０に示す。図１０は、非照射面側表層部を示す画像であり、焼結されていることから、１０秒間で少なくとも３００μｍの深さにまでレーザーのエネルギーが到達したことが分かる。また、図１１は、図９の点線包囲部の拡大画像であり、十分に焼結されたことが分かる。
【００３３】
実施例２
Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの出力を１５０Ｗとし、炭素粉末含有層におけるビーム径を１０ｍｍとした以外は、実施例１と同様の操作を行った。この実施例２におけるレーザー密度は、実施例１におけるそれの７５％である。
得られた焼結物の表面のＳＥＭ画像を、図１２に示す。図１２によれば、十分に焼結されたことが分かる。
また、得られた焼結物の表層部のＳＥＭ画像を、図１３に示す。図１３によれば、断面方向の長さ（深さ）約５０μｍの部分において、焼結されていることが分かる。
【００３４】
実施例３
実施例１で得られた酸化アルミニウム焼結板を、ヒーター機能を有するステンレス製ステージに載置し、上面側表面の温度が３５０℃となるまで加熱した。次いで、上面側表面に、平均粒径０．５μｍの酸化アルミニウム粒子を３０体積％含有する水分散体（スラリー）を噴霧して、厚さが約１００μｍの非焼結層を形成させた。その後、この非焼結層の表面に、上記「ＤＧＦスプレー」（商品名）の吹き付けを約１秒間行った。そして、これを、３０秒間放置して、厚さが約５μｍの炭素粉末含有層を備える積層物を得た。
次に、炭素粉末含有層の表面の同一位置に、波長１０６４ｎｍ、出力８０Ｗのレーザーを１０秒間照射し（炭素粉末含有層におけるビーム径：５ｍｍ）、非焼結層を焼結させ、積層焼結物を得た。得られた積層焼結物の積層界面のＳＥＭ画像を、図１４に示す。この図１４によれば、界面を特定しにくいほど、十分に一体化されたことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の焼結方法によれば、焼結用セラミックスに、直接、レーザーを照射する場合に比べて、より短時間で焼結用セラミックスを焼結することができる。従って、焼結用セラミックスからなる非焼結部における所望の部分を焼結部とした焼結物又は造形物であって、微細形状を有する物品を精度よく且つ迅速に製造することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：積層物、１１：基部、１２：焼結用セラミックスからなる物品、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ：非焼結部（非焼結層）、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ：非焼結部、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ：炭素粉末含有層、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ：焼結部、２０：焼結部を有する物品（焼結物）、３０：レーザー照射手段、４０Ａ，４０Ｂ：３次元立体構造の焼結部を有する物品（造形物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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