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特開2022-166681多孔質セラミックス焼結体の製造方法および多孔質セラミックス焼結体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022166681
(43)【公開日】2022-11-02
(54)【発明の名称】多孔質セラミックス焼結体の製造方法および多孔質セラミックス焼結体
(51)【国際特許分類】
C04B 35/64 20060101AFI20221026BHJP
C04B 38/00 20060101ALI20221026BHJP
C04B 35/10 20060101ALI20221026BHJP
【ＦＩ】
C04B35/64
C04B38/00 303Z
C04B38/00 304Z
C04B35/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021072062
(22)【出願日】2021-04-21
(71)【出願人】
【識別番号】000002093
【氏名又は名称】住友化学株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000173522
【氏名又は名称】一般財団法人ファインセラミックスセンター
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100206140
【弁理士】
【氏名又は名称】大釜 典子
(72)【発明者】
【氏名】木村 禎一
(72)【発明者】
【氏名】末廣 智
(72)【発明者】
【氏名】奈須 義総
(72)【発明者】
【氏名】貞岡 和男
【テーマコード（参考）】
4G019
【Ｆターム（参考）】
4G019FA15
(57)【要約】
【課題】造孔材を使用せずに、高い気孔率と高強度の両立が可能な多孔質セラミックス焼結体の製造方法を提供する。
【解決手段】重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程と、前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程と、前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程と、を含む多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
【選択図】図１
【解決手段】重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程と、前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程と、前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程と、を含む多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程と、
前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程と、
前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程と、を含む多孔質セラミックス焼結体の製造方法。
前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程と、
前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程と、を含む多孔質セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項2】
前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、および窒化アルミニウムからなる群から選択された１種からなる粉末である、請求項１に記載の多孔質セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項3】
照射する前記レーザの平均レーザ密度が１５０Ｗ／ｃｍ２以上、６００Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の多孔質セラミックス焼結体の製造方法。
【請求項4】
平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍ以下であり、下記の式（１）～（３）を満たす多孔質セラミックス焼結体。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
【請求項5】
開気孔率が３５％以上６０％未満である、請求項４に記載の多孔質セラミックス焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、多孔質セラミックス焼結体の製造方法および当該方法で製造された多孔質セラミックス焼結体に関する。
【背景技術】
【0002】
セラミックス焼結体は、その用途に合わせて、多孔体または緻密体が利用されている。また、セラミックス焼結体の製造方法としては、焼成炉で焼成する方法と、レーザで焼結する方法が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【0003】
特許文献１は、多孔質セラミックス焼結体を電気炉で焼成する方法を開示している。多孔質セラミックス焼結体としては、例えば長さ３０μｍ以上３０００μｍ以下、幅（細孔径）５μｍ以上５０μｍ以下の第１の気孔と、幅の最大値が５μｍ以上４００μｍ以下の第２の気孔とを含むものを製造できるとされている。
特許文献１では、セラミックスの粉末と、第１の気孔を形成するための第１の造孔材と、第２の気孔を形成するための第２の造孔材とを混合し、さらにバインダーを添加して混練し、得られた成形材料から成形した成形体を電気炉で焼成することにより、多孔質セラミックス焼結体を製造している。
特許文献１では、セラミックスの粉末と、第１の気孔を形成するための第１の造孔材と、第２の気孔を形成するための第２の造孔材とを混合し、さらにバインダーを添加して混練し、得られた成形材料から成形した成形体を電気炉で焼成することにより、多孔質セラミックス焼結体を製造している。
【0004】
特許文献２は、緻密なセラミックス焼結体を製造する方法を開示しており、未焼結のセラミックス物品の表面に、炭素粉末を含む層を形成し、次いで、炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して焼結している。未焼結のセラミックス物品は、焼結用セラミックス粒子の集合体から形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１４－２２７３２４号
【特許文献2】国際公開第２０１７／１３５３８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
多孔質セラミックス焼結体は、熱伝導体、触媒担体、分離膜等に使用することができる。特に、触媒担体および分離膜の用途では、より小寸法（特に、細孔径が１μｍ以下）の細孔を、より多く含む多孔質セラミックス焼結体に対するニーズがある。
また、気孔率が高い（つまり、相対密度が低い）多孔質セラミックス焼結体は強度が低下しやすいため、相対密度が低く、強度が比較的高い多孔質セラミックス焼結体に対するニーズもある。
また、気孔率が高い（つまり、相対密度が低い）多孔質セラミックス焼結体は強度が低下しやすいため、相対密度が低く、強度が比較的高い多孔質セラミックス焼結体に対するニーズもある。
【0007】
特許文献１に記載の多孔質セラミックス焼結体は、造孔材を使用して製造するため細孔径が５μｍ以上と大きい。そこで、本発明者らは、特許文献１の焼成条件を踏襲しつつ、造孔材を使用せずに、相対密度が低く強度が高い多孔質セラミックス焼結体を製造する方法について検討した。しかしながら、以下の理由から、造孔材を使わないと、高い気孔率と高い強度とを共に達成する多孔質セラミックス焼結体を製造することは困難であることが分かった。
【0008】
特許文献１で使用している電気炉で多孔質セラミックス焼結体を焼成する場合、焼結温度を低くすると、セラミックス粒子間の気孔が焼結により塞がることを抑制できるため、気孔率の高い多孔質セラミックス焼結体が得られる。しかしながら、焼結温度が低いため、セラミックス粒子間の結合が弱いため、多孔質セラミックス焼結体の強度が低くなる。
一方、焼結温度を高くすると、セラミックス粒子間の結合が強くなり、強度の高い多孔質セラミックス焼結体が得られる。しかしながら、セラミックス粒子間の焼結が過度に促進されてセラミックス粒子間の気孔が塞がるため、多孔質セラミックス焼結体の気孔率が低くなる。
一方、焼結温度を高くすると、セラミックス粒子間の結合が強くなり、強度の高い多孔質セラミックス焼結体が得られる。しかしながら、セラミックス粒子間の焼結が過度に促進されてセラミックス粒子間の気孔が塞がるため、多孔質セラミックス焼結体の気孔率が低くなる。
【0009】
特許文献２は、緻密なセラミックス焼結体をレーザ焼結する方法について開示しているが、多孔質セラミックス焼結体をレーザ焼結する方法について検討されていない。
【0010】
そこで、本発明の一実施形態では、造孔材を使用せずに、高い気孔率（つまり、低い相対密度）と高強度の両立が可能な多孔質セラミックス焼結体の製造方法を提供することを目的とする。また本発明の別の実施形態では、その製造方法で得られた多孔質セラミックス焼結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】
【0011】
本発明の態様１は、
重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程と、
前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程と、
前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程と、を含む多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程と、
前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程と、
前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程と、を含む多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
【0012】
本発明の態様２は、
前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、および窒化アルミニウムからなる群から選択された１種からなる粉末である、態様１に記載の多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
前記セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、および窒化アルミニウムからなる群から選択された１種からなる粉末である、態様１に記載の多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
【0013】
本発明の態様３は、
照射する前記レーザの平均レーザ密度が１５０Ｗ／ｃｍ２以上、６００Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする、態様１または２に記載の多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
照射する前記レーザの平均レーザ密度が１５０Ｗ／ｃｍ２以上、６００Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする、態様１または２に記載の多孔質セラミックス焼結体の製造方法である。
【0014】
本発明の態様４は、
平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍ以下であり、下記の式（１）～（３）を満たす多孔質セラミックス焼結体である。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍ以下であり、下記の式（１）～（３）を満たす多孔質セラミックス焼結体である。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
【0015】
本発明の態様５は、
開気孔率が３５％以上６０％未満である、態様４に記載の多孔質セラミックス焼結体である。
開気孔率が３５％以上６０％未満である、態様４に記載の多孔質セラミックス焼結体である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の実施形態によれば、造孔材を使用せずに、低い相対密度と高強度の両立が可能な多孔質セラミックス焼結体の製造方法、およびその製造方法で得られた多孔質セラミックス焼結体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明者らは、造孔材を用いずに、多孔質セラミックス焼結体を製造する方法を鋭意検討した。その結果、相対的に低い重装嵩密度を有するセラミックス粉末を用いること、および、当該セラミックス粉末から形成したセラミックス物品をレーザ焼結することにより、造孔材を使用することなしに、平均細孔径が小さく、相対密度が低く、かつ強度が高い多孔質セラミックス焼結体を製造することができることを初めて見出した。その理由は定かではないが、重装嵩密度が低いセラミックス粉末からセラミックス物品を形成したときに、（１）セラミックス物品の密度（green density: ＧＤ）の比較的低いものを形成しやすい、および、（２）当該セラミックス物品の内部において、セラミックス粉末に含まれるセラミックス粒子間で適切な数の接点が形成される、と推測される。そして、セラミックス物品をレーザ焼結することにより、セラミックス物品の内部に含まれていた細孔の数を十分に保持したまま、セラミックス粒子間の上記接点においてセラミックス粒子同士を結合することができる。これにより、相対密度が低く、強度が高い多孔質セラミックス焼結体を得ることができる。また、この製造方法では、造孔材を使用しないので、多孔質セラミックス焼結体の平均細孔径を小さくすることができる。
【0019】
＜実施形態１：多孔質セラミックス焼結体の製造方法＞
実施形態１に係る多孔質セラミックス焼結体の製造方法は、以下の工程１～３を含む。
［工程１］重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程
［工程２］前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程
［工程３］前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程
以下、図１Ａ～図１Ｄを参照しながら、実施形態１に係る多孔質セラミックス焼結体の製造方法を説明する。
実施形態１に係る多孔質セラミックス焼結体の製造方法は、以下の工程１～３を含む。
［工程１］重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、セラミックス物品を得る工程
［工程２］前記セラミックス物品の表面に炭素粉末含有層を形成して積層物を得る工程
［工程３］前記積層物の前記炭素粉末含有層の表面にレーザを照射して、多孔質のセラミックス焼結部を形成する工程
以下、図１Ａ～図１Ｄを参照しながら、実施形態１に係る多孔質セラミックス焼結体の製造方法を説明する。
【0020】
［工程１：セラミックス物品２１を得る工程］
工程１では、重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、成形体（セラミックス物品２１）を作製する。
重装嵩密度は、ＪＩＳ Ｒ ９３０１－２－３（１９９９）「アルミナ粉末-第2部：物性測定方法-3：軽装かさ密度及び重装かさ密度」に準拠して測定する。まず、振動を防ぎ、静置した容積既知の容器（シリンダー）中に、試料（セラミックス粉末）を自由に落下させて集める。その後、試料の入ったシリンダーを３ｃｍの高さから１００回落下させてタッピング（圧縮）を行い、圧縮後の試料の体積を読みとり、質量を体積で除して重装嵩密度を算出する。なお、１００回のタッピングの途中で粉末の圧縮後の体積が飽和していることを確認の上で測定を行う。
工程１では、重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下のセラミックス粉末を成形して、成形体（セラミックス物品２１）を作製する。
重装嵩密度は、ＪＩＳ Ｒ ９３０１－２－３（１９９９）「アルミナ粉末-第2部：物性測定方法-3：軽装かさ密度及び重装かさ密度」に準拠して測定する。まず、振動を防ぎ、静置した容積既知の容器（シリンダー）中に、試料（セラミックス粉末）を自由に落下させて集める。その後、試料の入ったシリンダーを３ｃｍの高さから１００回落下させてタッピング（圧縮）を行い、圧縮後の試料の体積を読みとり、質量を体積で除して重装嵩密度を算出する。なお、１００回のタッピングの途中で粉末の圧縮後の体積が飽和していることを確認の上で測定を行う。
【0021】
重装嵩密度が１．０ｇ/ｃｍ３以下と低いセラミックス粉末を用いることで、相対密度の小さい（つまり、細孔が多い）、多孔質のセラミックス物品を成形することができる。また、セラミックス物品内において、セラミックス粉末に含まれるセラミックス粒子の間に、十分な数の接点を生じることができる。そのような多孔質のセラミックス物品を、レーザ焼結により短時間で一気に焼結することにより、多孔質のセラミックス物品に含まれていた細孔を多く残した状態で、セラミックス粒子間の接点においてセラミックス粒子同士を結合することができる。その結果、従来に比べて強度が高く、かつ十分な数の細孔を含む多孔質セラミックス焼結体を得ることができる。また、細孔の形成のために造孔材を使用していないので、造孔材の寸法形状に依存せずに、小さい細孔径を有する多孔質セラミックス焼結体を形成することができる。
【0022】
重装嵩密度は、好ましくは０．２ｇ/ｃｍ３以上０．９ｇ/ｃｍ３以下であり、さらに好ましくは０．３ｇ/ｃｍ３以上０．８ｇ/ｃｍ３以下である
【0023】
セラミックス粉末は、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、および窒化アルミニウムからなる群から選択された１種からなる粉末とすることができる。これらの粉末からは、多孔質酸化アルミニウム（アルミナ）焼結体、多孔質酸窒化アルミニウム焼結体、または多孔質窒化アルミニウム焼結体を形成することができる。
【0024】
セラミックス粉末は、粒径（メディアン径）が０．０５μｍ以上５．００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１０μｍ以上１．００μｍ以下である。これにより、平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍ以下の多孔質セラミックス焼結体を形成することが容易になる。
本明細書において「メディアン径」は、５０質量％相当粒子径（Ｄ５０）のことを指す。メディアン径は、レーザ回折分散法で測定して求めることができる。
本明細書において「メディアン径」は、５０質量％相当粒子径（Ｄ５０）のことを指す。メディアン径は、レーザ回折分散法で測定して求めることができる。
【0025】
このようなセラミックス粉末１０を成形して、セラミックス物品２１を得る。例えば、図１Ａのように、成形用の金型６０にセラミックス粉末１０を投入し、加圧治具６１を矢印Ｆ方向に加圧して、加圧成形する。これにより、図１Ｂに示すように、所定の形状のセラミックス物品２１が得られる。
【0026】
なお、セラミックス物品２１の密度（ＧＤ）は、少なくとも、工程２においてセラミックス物品２１の表面に炭素粉末含有層２２（図１Ｃ）を形成したときに崩壊せず、かつ工程３においてレーザ焼結を行ったときに崩壊しない程度の強度が得られるように、ＧＤの値を設定する。ＧＤは、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３以上２．０ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは０．９ｇ／ｃｍ３以上１．９ｇ／ｃｍ３以下である。この範囲であると、工程２および工程３においてセラミックス物品のハンドリングがしやすく、また、焼結後に得られる多孔質セラミックス焼結体の相対密度をより小さく、かつ強度をより高くすることができる。
【0027】
セラミックス物品２１のＧＤは、使用するセラミックス粉末の重装嵩密度に影響を受ける。また、ＧＤは、セラミックス物品２１の成形時の成形圧力によって制御することができる。
ＧＤは、セラミックス物品２１の重量（ｇ）をセラミックス物品２１の体積（ｃｍ３）で除することにより算出する。
ＧＤは、セラミックス物品２１の重量（ｇ）をセラミックス物品２１の体積（ｃｍ３）で除することにより算出する。
【0028】
［工程２：積層物２０を得る工程］
工程２では、セラミックス物品２１の表面２１ａに炭素粉末含有層２２を形成する。これにより、セラミックス物品２１および炭素粉末含有層２２が積層された積層物２０が得られる。炭素粉末含有層２２に含まれる炭素粉末はレーザ吸収材として機能する。次の［工程３］において、照射するレーザを炭素粉末が吸収して発熱することにより、炭素粉末含有層２２の下側にあるセラミックス物品２１が焼結される。
工程２では、セラミックス物品２１の表面２１ａに炭素粉末含有層２２を形成する。これにより、セラミックス物品２１および炭素粉末含有層２２が積層された積層物２０が得られる。炭素粉末含有層２２に含まれる炭素粉末はレーザ吸収材として機能する。次の［工程３］において、照射するレーザを炭素粉末が吸収して発熱することにより、炭素粉末含有層２２の下側にあるセラミックス物品２１が焼結される。
【0029】
炭素粉末含有層２２の形成方法としては、例えば、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で形成する方法が挙げられる。炭素粉末含有層２２は、図１Ｃに示すように、セラミックス物品２１の表面２１ａの全面に形成してもよく、または表面２１ａの所定位置にのみ部分的に形成してもよい。炭素粉末は、レーザ照射時の発熱により消失して、焼成後の多孔質セラミックス焼結体４０には実質的に残存しない。
【0030】
炭素粉末含有層２２に含まれる炭素粉末の含有割合は、レーザの吸収能を高める観点から、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。炭素粉末含有層２２の厚さは、レーザの吸収能を高める観点から、好ましくは５ｎｍ～３０μｍ、より好ましくは１００ｎｍ～１０μｍである。
なお、多孔質セラミックス焼結体４０の物性に影響しない範囲であれば、炭素粉末含有層２２は、炭素粉末以外のレーザ吸収材を含んでいてもよい。例えば、炭素粉末含有層２２は、炭素粉末含有層２２に含まれるレーザ吸収材の全量に対して２５％以下であれば、炭素粉末以外のレーザ吸収材（例えば黒色イットリア）を含有してもよい。
なお、多孔質セラミックス焼結体４０の物性に影響しない範囲であれば、炭素粉末含有層２２は、炭素粉末以外のレーザ吸収材を含んでいてもよい。例えば、炭素粉末含有層２２は、炭素粉末含有層２２に含まれるレーザ吸収材の全量に対して２５％以下であれば、炭素粉末以外のレーザ吸収材（例えば黒色イットリア）を含有してもよい。
【0031】
［工程３：多孔質のセラミックス焼結部４１を形成する工程］
工程３は、セラミックス物品２１を焼結する工程である。工程３では、セラミックス物品２１と炭素粉末含有層２２とを含む積層物２０に対し、炭素粉末含有層２２の表面２２ａにレーザを照射して、多孔質セラミックス焼結部４１を含む多孔質セラミックス焼結体４０を作製する。本明細書においては、「多孔質セラミックス焼結体４０」とは、多孔質セラミックス焼結部４１を少なくとも一部に含むものを意味する。よって、多孔質セラミックス焼結体４０は、一部に非焼結部４２を含んでもよい。多孔質セラミックス焼結体４０は、多孔質セラミックス焼結部４１のみからなることが好ましい。
工程３は、セラミックス物品２１を焼結する工程である。工程３では、セラミックス物品２１と炭素粉末含有層２２とを含む積層物２０に対し、炭素粉末含有層２２の表面２２ａにレーザを照射して、多孔質セラミックス焼結部４１を含む多孔質セラミックス焼結体４０を作製する。本明細書においては、「多孔質セラミックス焼結体４０」とは、多孔質セラミックス焼結部４１を少なくとも一部に含むものを意味する。よって、多孔質セラミックス焼結体４０は、一部に非焼結部４２を含んでもよい。多孔質セラミックス焼結体４０は、多孔質セラミックス焼結部４１のみからなることが好ましい。
【0032】
図１Ｃに示すように、レーザ装置３０からのレーザ３１を、積層物２０の炭素粉末含有層２２の表面２２ａの所定の位置に照射すると、レーザが照射された照射位置３１Ｅでは、炭素粉末含有層２２中の炭素粉末がレーザのエネルギーを吸収して発熱する。照射位置３１Ｅに存在する炭素粉末含有層２２は、発熱すると同時に瞬時に消失する。そして、炭素粉末含有層２２の下側にあるセラミックス物品２１のうち、照射位置３１Ｅの直下の領域（これを「直下領域３１Ｒ」と称する）内に存在する部分３１Ｐは、８００℃以上（推定温度）に予熱される。セラミックス物品２１の部分２１Ｐ（部分２１Ｐの表面上にあった炭素粉末含有層２２は既に消失しているので、部分２１Ｐの表面は露出している）に、更にレーザ３１が照射されることで、部分２１Ｐの温度上昇が進行する。その結果、部分２１Ｐ内にあるセラミックス粉末が焼結され、多孔質セラミックス焼結部４１が形成される（図１Ｄ）。これにより、セラミックス物品２１の所望の位置（部分２１Ｐ）にのみ、局所的に多孔質セラミックス焼結部４１を形成できる。
【0033】
なお、セラミックス物品２１は、照射位置３１Ｅの直下領域３１Ｒの範囲外にある部分では焼結されないため、焼結されなかった部分は非焼結部４２となる。非焼結部４２は、必要に応じて除去してもよく、さらに追加のレーザ照射を行って非焼結部４２を焼結して、多孔質セラミックス焼結部４１を拡大してもよい。
【0034】
レーザ３１は、図１Ｃに示すように、炭素粉末含有層２２の表面２２ａの一部（所定位置）にのみ照射してもよいが、炭素粉末含有層２２の表面２２ａの全面に照射してもよい。炭素粉末含有層１４の全面にレーザ照射を行うことにより、セラミックス物品２１全体を焼結部１６とすることができる。レーザ３１を表面２２ａの全面に照射する方法としては、スポット径の大きいレーザ３１を使用して同時に全面照射する方法（一斉照射）と、スポット径の小さいレーザ３１の照射位置３１Ｅを相対的に移動させることにより表面２２ａの全面に照射する方法（走査照射）がある。走査照射としては、例えば、積層物２０を固定した状態でレーザをスキャンさせる方法、光拡散レンズを介してレーザの光路を変化させながら照射する方法、又は、レーザの光路を固定して、積層物２０を移動させながらレーザを照射する方法が挙げられる。
【0035】
使用するレーザの種類は特に限定されないが、レーザの吸収能を高める観点から、炭素粉末による吸収率の高い波長域（５００ｎｍ～１１μｍ）のレーザを用いることが好ましい。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、チタンサファイアレーザ、炭酸ガスレーザ等を用いることができる。
【0036】
レーザの照射条件は、焼結面積、焼結深さ等により、適宜選択される。平均レーザ密度は、焼結を適切に進行させる観点から、好ましくは１５０Ｗ／ｃｍ２以上、６００Ｗ／ｃｍ２以下であり、より好ましくは２００Ｗ／ｃｍ２以上５５０Ｗ／ｃｍ２以下である。
平均レーザ密度は、レーザ出力（Ｗ）をレーザのスポット面積（ｃｍ２）で割って求める。
平均レーザ密度は、レーザ出力（Ｗ）をレーザのスポット面積（ｃｍ２）で割って求める。
【0037】
一斉照射の場合、レーザの照射時間は、セラミックス物品２１が十分に焼結される時間で設定すればよい。レーザの照射時間は、主にレーザ密度に基づいて設定され、例えば１秒間以上６０分間以下で設定できる。
走査照射の場合、セラミックス物品２１に対するレーザスポットの相対移動速度（これを「スキャンスピード」と呼ぶ）は、セラミックス物品２１が十分に焼結される速度に設定すればよい。レーザのスキャンスピードは、主にレーザ密度に基づいて設定され、例えば１０ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下で設定できる。
走査照射の場合、セラミックス物品２１に対するレーザスポットの相対移動速度（これを「スキャンスピード」と呼ぶ）は、セラミックス物品２１が十分に焼結される速度に設定すればよい。レーザのスキャンスピードは、主にレーザ密度に基づいて設定され、例えば１０ｍｍ／ｓ以上１０００ｍｍ／ｓ以下で設定できる。
【0038】
炭素粉末含有層２２にレーザを照射する際の雰囲気は、特に限定されないが、例えば、大気、窒素、アルゴン、ヘリウム、真空等とすることができる。また、レーザを照射する前に、セラミックス物品２１および／または炭素粉末含有層２２を予熱してもよい。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、予熱温度の上限は、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。予熱は、例えば、赤外線ランプ、ハロゲンランプ、抵抗加熱、高周波誘導加熱、マイクロ波加熱等で行うことができる。
【0039】
＜実施形態２：多孔質セラミックス焼結体の製造方法＞
図２Ａ～図２Ｃは、実施形態２に係る多孔質セラミックス焼結体４０の製造方法を説明するための概略断面図である。実施形態２では、セラミックス物品２１を、基材２３の上に形成している点で実施形態１と異なるが、その他の点については、実施形態１と同様である。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。
図２Ａ～図２Ｃは、実施形態２に係る多孔質セラミックス焼結体４０の製造方法を説明するための概略断面図である。実施形態２では、セラミックス物品２１を、基材２３の上に形成している点で実施形態１と異なるが、その他の点については、実施形態１と同様である。以下、実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【0040】
［工程１：セラミックス物品２１を得る工程］
図２Ａに示すように、基材２３上で、セラミックス粉末１０を成形して、基材２３上に成形体（セラミックス物品２１）を作製する。
基材２３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。基材２３上にセラミックス物品２１を形成する方法としては、溶射法、電子ビーム物理蒸着法、レーザ化学蒸着法、コールドスプレー法の他に、スラリー（焼結用セラミックス粉末、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）を塗布、乾燥、および脱脂して形成する方法等の、従来公知の方法で形成することができる。基材２３とセラミックス物品２１とは、接合されていてよいし、接合されずにセラミックス物品２１が基材２３の上に載置されていてもよい。
図２Ａに示すように、基材２３上で、セラミックス粉末１０を成形して、基材２３上に成形体（セラミックス物品２１）を作製する。
基材２３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。基材２３上にセラミックス物品２１を形成する方法としては、溶射法、電子ビーム物理蒸着法、レーザ化学蒸着法、コールドスプレー法の他に、スラリー（焼結用セラミックス粉末、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）を塗布、乾燥、および脱脂して形成する方法等の、従来公知の方法で形成することができる。基材２３とセラミックス物品２１とは、接合されていてよいし、接合されずにセラミックス物品２１が基材２３の上に載置されていてもよい。
【0041】
［工程２：積層物２００を得る工程］
図２Ｂに示すように、セラミックス物品２１の表面２１ａに炭素粉末含有層２２を形成する。これにより、基材２３、セラミックス物品２１および炭素粉末含有層２２が積層された積層物２００が得られる。
図２Ｂに示すように、セラミックス物品２１の表面２１ａに炭素粉末含有層２２を形成する。これにより、基材２３、セラミックス物品２１および炭素粉末含有層２２が積層された積層物２００が得られる。
【0042】
［工程３：多孔質のセラミックス焼結部４１を形成する工程］
図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、積層物２００の炭素粉末含有層２２の表面２２ａにレーザ３１を照射して、セラミックス物品２１中に多孔質セラミックス焼結部４１を形成する。これにより、基材２３上に、多孔質セラミックス焼結部４１と非焼結部４２とを含む多孔質セラミックス焼結体４０が形成される。
図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、積層物２００の炭素粉末含有層２２の表面２２ａにレーザ３１を照射して、セラミックス物品２１中に多孔質セラミックス焼結部４１を形成する。これにより、基材２３上に、多孔質セラミックス焼結部４１と非焼結部４２とを含む多孔質セラミックス焼結体４０が形成される。
【0043】
＜実施形態３：多孔質セラミックス焼結体＞
実施形態３は、実施形態１および２に記載した方法により、セラミックス物品をレーザ照射で焼結させて得られた多孔質セラミックス焼結体に関する。実施形態３では、非焼結部を含まない（つまり、多孔質セラミックス焼結部のみからなる）多孔質セラミックス焼結体を対象とする。
実施形態３は、実施形態１および２に記載した方法により、セラミックス物品をレーザ照射で焼結させて得られた多孔質セラミックス焼結体に関する。実施形態３では、非焼結部を含まない（つまり、多孔質セラミックス焼結部のみからなる）多孔質セラミックス焼結体を対象とする。
【0044】
実施形態３に係る多孔質セラミックス焼結体は、平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍ以下であり、下記の式（１）～（３）を満たしている。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
以下に、上記の特徴について順次説明する。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
以下に、上記の特徴について順次説明する。
【0045】
・平均細孔径について
実施形態３の多孔質セラミックス焼結体は、造孔材を使用せずに焼結したことにより、細孔径が小さく、平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍであった。これにより、比表面積が大きく、相対密度が小さい多孔質セラミックス焼結体が得られる。
平均細孔径は、水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５：２００３に準拠）で測定する。
実施形態３の多孔質セラミックス焼結体は、造孔材を使用せずに焼結したことにより、細孔径が小さく、平均細孔径が０．０１μｍ以上１．００μｍであった。これにより、比表面積が大きく、相対密度が小さい多孔質セラミックス焼結体が得られる。
平均細孔径は、水銀圧入法（ＪＩＳ Ｒ １６５５：２００３に準拠）で測定する。
【0046】
・式（１）について
多孔質セラミックス焼結体は、多孔質であるため、相対密度Ｄ（％）はある程度低いことが必要であり、実施形態３では、相対密度は３５％以上７５％以下のものを指す。これを式（１）に示す。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
相対密度は、好ましくは４０％以上７０％以下であり、より好ましくは４２％以上６０％以下であり、さらに好ましくは４５％以上５５％以下である。
多孔質セラミックス焼結体は、多孔質であるため、相対密度Ｄ（％）はある程度低いことが必要であり、実施形態３では、相対密度は３５％以上７５％以下のものを指す。これを式（１）に示す。
３５％≦Ｄ≦７５％ ・・・（１）
相対密度は、好ましくは４０％以上７０％以下であり、より好ましくは４２％以上６０％以下であり、さらに好ましくは４５％以上５５％以下である。
【0047】
相対密度は、多孔質セラミックス焼結体のかさ密度と、当該焼結体を構成するセラミックスの理論密度から算出する。まず、ＪＩＳ Ｒ １６３４：１９９８に準拠してかさ密度を算出する。次いで、かさ密度を、多孔質セラミックス焼結体を構成するセラミックスの理論密度（例えば、アルミナであれば理論密度は３．９５ｇ/ｃｍ３）で割ることで、相対密度を算出する。
【0048】
・式（２）について
本発明者らは、特許文献１のように、従来の電気炉で焼成した多孔質セラミックス焼結体と、実施形態１のように、レーザ照射で焼結した多孔質セラミックス焼結体とを作製して検討した。実施例で作成した多孔質セラミックス焼結体（多孔質アルミナ焼結体）について、相対密度に対する曲げ強度をプロットしたところ、図３に示すような結果となった。電気炉で焼成した多孔質アルミナ焼結体（▲印）に比べて、レーザ焼結した多孔質アルミナ焼結体（●印）は、同じ相対密度であっても曲げ強度が高い傾向にあることが分かった。本発明者らは、相対密度と曲げ強度との関係を表現することのできる関係式を鋭意検討したところ、以下の前提条件ｉ）～ｉｉｉ）を満たすと仮定した場合、シグモイド型の関数を用いて表現できることを見出した。
本発明者らは、特許文献１のように、従来の電気炉で焼成した多孔質セラミックス焼結体と、実施形態１のように、レーザ照射で焼結した多孔質セラミックス焼結体とを作製して検討した。実施例で作成した多孔質セラミックス焼結体（多孔質アルミナ焼結体）について、相対密度に対する曲げ強度をプロットしたところ、図３に示すような結果となった。電気炉で焼成した多孔質アルミナ焼結体（▲印）に比べて、レーザ焼結した多孔質アルミナ焼結体（●印）は、同じ相対密度であっても曲げ強度が高い傾向にあることが分かった。本発明者らは、相対密度と曲げ強度との関係を表現することのできる関係式を鋭意検討したところ、以下の前提条件ｉ）～ｉｉｉ）を満たすと仮定した場合、シグモイド型の関数を用いて表現できることを見出した。
【0049】
（前提条件）
ｉ）焼結前のセラミックス物品（アルミナ物品）
前提条件i）は、図３のグラフにおいて、相対密度３５％での曲げ強度とほぼ等しい曲げ強度を有する範囲に関する。
セラミックス粉末（アルミナ粉末）を成形（例えばプレス成型）して得られたセラミックス物品（アルミナ物品）である。セラミックス物品の強度は、相対密度が３５％以上の領域では、低い強度でほぼ一定になると仮定する。また、焼結前であるため、電気炉焼成用のセラミックス物品とレーザ焼結用のセラミックス物品は強度が同じ値となり、かつそれらの強度が一定になる。
ｉ）焼結前のセラミックス物品（アルミナ物品）
前提条件i）は、図３のグラフにおいて、相対密度３５％での曲げ強度とほぼ等しい曲げ強度を有する範囲に関する。
セラミックス粉末（アルミナ粉末）を成形（例えばプレス成型）して得られたセラミックス物品（アルミナ物品）である。セラミックス物品の強度は、相対密度が３５％以上の領域では、低い強度でほぼ一定になると仮定する。また、焼結前であるため、電気炉焼成用のセラミックス物品とレーザ焼結用のセラミックス物品は強度が同じ値となり、かつそれらの強度が一定になる。
【0050】
ｉｉ）相対密度が低い多孔質セラミックス焼結体（多孔質アルミナ焼結体）
前提条件ii）は、図３のグラフにおいて、相対密度の増加に伴って曲げ強度が増加する範囲に関する。
セラミックス物品の焼結を開始した後から、十分に焼結される前までの間に形成され得る多孔質セラミックス焼結体を想定している。焼結が十分に進んでいないため、相対密度は低い。焼結が進むにつれて、セラミックス焼結体の相対密度と曲げ強度とが共に上昇する。なお、相対密度がある程度大きくなると、曲げ強度が急激に上昇する。
前提条件ii）は、図３のグラフにおいて、相対密度の増加に伴って曲げ強度が増加する範囲に関する。
セラミックス物品の焼結を開始した後から、十分に焼結される前までの間に形成され得る多孔質セラミックス焼結体を想定している。焼結が十分に進んでいないため、相対密度は低い。焼結が進むにつれて、セラミックス焼結体の相対密度と曲げ強度とが共に上昇する。なお、相対密度がある程度大きくなると、曲げ強度が急激に上昇する。
【0051】
ｉｉｉ）相対密度が高い多孔質セラミックス焼結体（多孔質アルミナ焼結体）
前提条件iii）は、図３のグラフにおいて、相対密度７５％における曲げ強度とほぼ等しい曲げ強度を有する範囲に関する。
十分に焼結された多孔質セラミックス焼結体であり、高い曲げ強度を有している。曲げ強度は、比較的緻密なアルミナ焼結体の曲げ強度（４００～５００ＭＰａ程度）に近い値でほぼ一定になると想定される。図３のグラフでは、曲げ強度は約４００ＭＰａになるものとする。
前提条件iii）は、図３のグラフにおいて、相対密度７５％における曲げ強度とほぼ等しい曲げ強度を有する範囲に関する。
十分に焼結された多孔質セラミックス焼結体であり、高い曲げ強度を有している。曲げ強度は、比較的緻密なアルミナ焼結体の曲げ強度（４００～５００ＭＰａ程度）に近い値でほぼ一定になると想定される。図３のグラフでは、曲げ強度は約４００ＭＰａになるものとする。
【0052】
電気炉で焼成した多孔質アルミナ焼結体の相対密度と曲げ強度のプロットをシグモイド型の関数でフィッティングしたグラフ（一点鎖線）と、レーザ焼結した多孔質アルミナ焼結体の相対密度と曲げ強度のプロットをフィッティングしたグラフ（二点鎖線）とをそれぞれ描く。そして、それらのグラフの間を通るグラフ（実線）を描く。この実線のグラフが、実施形態３の多孔質セラミックス焼結体の相対密度－曲げ強度の閾値を示すグラフであるとする。
【0053】
実線のグラフから、相対密度が約６５％以上になると、曲げ強度はほぼ一定になると推測できる。なお、レーザ照射の実測値のグラフ（二点鎖線）では、相対密度が約６１％以上になると曲げ強度はほぼ一定になり、電気炉焼成の実測値のグラフ（一点鎖線）では、相対密度が約６７％以上になると、曲げ強度はほぼ一定になると推測できる。
【0054】
実施形態３の多孔質セラミックス焼結体は、図３の実線のグラフより左側にあるため、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度を、実線のグラフ（シグモイド関数）から求めた曲げ強度で割った値は、１より大きくなる。これを式で表すと、式（２）のようになる。
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
１＜Ｐ／（３３１／（１＋ｅｘｐ（－０．５５×（Ｄ－５７）））＋７５） ・・・（２）
ここで、
Ｄは、多孔質セラミックス焼結体の相対密度（％）であり、
Ｐは、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度（ＭＰａ）である。
【0055】
なお、本発明者らは、上記ｉｉ）「相対密度が低い多孔質セラミックス焼結体」の範囲を適切に表現することを主眼において、シグモイド型の関数を選択した。
【0056】
・式（３）について
比較的緻密なセラミックス焼結体（例えばアルミナ焼結体）の曲げ強度は、一般的に４００～５００ＭＰａ程度である。実施形態３は、多孔質セラミックス焼結体（例えば多孔質アルミナ焼結体）であるため、曲げ強度は５００ＭＰａより小さくなる。また、図３に示すように本実施の形態の多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度は４００ＭＰａ前後の値を取ると仮定する。そこで、実施形態３では、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度Ｐ（ＭＰａ）の上限を、それらの中間の値である４５０ＭＰａとした。これを式（３）に示す。
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
比較的緻密なセラミックス焼結体（例えばアルミナ焼結体）の曲げ強度は、一般的に４００～５００ＭＰａ程度である。実施形態３は、多孔質セラミックス焼結体（例えば多孔質アルミナ焼結体）であるため、曲げ強度は５００ＭＰａより小さくなる。また、図３に示すように本実施の形態の多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度は４００ＭＰａ前後の値を取ると仮定する。そこで、実施形態３では、多孔質セラミックス焼結体の曲げ強度Ｐ（ＭＰａ）の上限を、それらの中間の値である４５０ＭＰａとした。これを式（３）に示す。
Ｐ＜４５０ＭＰａ ・・・（３）
【0057】
実施形態３の多孔質セラミックス焼結体は、細孔径が小さく、相対密度が低く、かつ曲げ強度が高いため、多孔質セラミックス焼結体の高比表面積と軽量化を達成することができる。また、曲げ強度が高いことから、セラミックス粒子間の結合力が高い、つまり、セラミックス粒子間のネックがある程度成長していると推測される。そのため、従来の多孔質セラミックス焼結体において、同程度の相対密度を有するものに比べて、相対的に高い熱伝導度を有すると期待される。そのため、軽量化された放熱性フィラーとしての用途に適し得る。
【0058】
多孔質セラミックス焼結体は、開気孔率が３５％以上６０％未満であることが好ましく、４０％以上６０％未満であることがより好ましく、さらに好ましくは、４５％以上５８％以下であり、特に好ましくは５０％以上５５％以下である。
開気孔率が上記範囲にあると、触媒用の担体としての用途、分離膜としての用途に適した多孔質セラミックス焼結体が得られる。
開気孔率が上記範囲にあると、触媒用の担体としての用途、分離膜としての用途に適した多孔質セラミックス焼結体が得られる。
【0059】
例えば、多孔質セラミックス焼結体を触媒用の担体として使用する場合、開気孔率が上記範囲にあると、開気孔の内部においても触媒を担持することができ、さらには、担持した触媒を用いて触媒反応を起こす際に、反応物質を含む流体が開気孔の内部に出入りして、そこで触媒反応が起こるため、反応効率を上げることができる。また、触媒用の担体として使用できる強度を維持することもできる。
また、多孔質セラミックス焼結体を分離膜として使用する場合、開気孔率が上記範囲にあると、液体の透過性能が向上すると考えられる。また、分離膜として使用できる強度を維持することもできる。
また、多孔質セラミックス焼結体を分離膜として使用する場合、開気孔率が上記範囲にあると、液体の透過性能が向上すると考えられる。また、分離膜として使用できる強度を維持することもできる。
【0060】
開気孔率は、物体の表面に接続している気孔であり、ＪＩＳ Ｒ １６３４：１９９８（アルキメデス法）に準拠して測定する。
【実施例0061】
（実施例１～２、比較例１～５）
（１）多孔質セラミックス焼結体の製造
実施例１～２および比較例１～５で使用したセラミックス粉末原料の種類および物性（重装嵩密度、メディアン径）、セラミックス粉末原料を加圧成形して作製したセラミックス物品の成形条件、セラミックス物品の焼結方法および焼結条件を、表１～２に記載した。なお、表２において、「－」は、その処理を行わなかったことを意味する。
また、表中で下線を引いたものは、本発明の実施形態の要件を満たしていないことを示す。
（１）多孔質セラミックス焼結体の製造
実施例１～２および比較例１～５で使用したセラミックス粉末原料の種類および物性（重装嵩密度、メディアン径）、セラミックス粉末原料を加圧成形して作製したセラミックス物品の成形条件、セラミックス物品の焼結方法および焼結条件を、表１～２に記載した。なお、表２において、「－」は、その処理を行わなかったことを意味する。
また、表中で下線を引いたものは、本発明の実施形態の要件を満たしていないことを示す。
【0062】
原料粉末には、市販されているα－アルミナ粉末（ＡＫＰ－３０００、ＡＫＰ－２０：住友化学株式会社製）のものを使用した。
【0063】
重装嵩密度は、ＪＩＳ Ｒ ９３０１－２－３（１９９９）「アルミナ粉末-第2部：物性測定方法-3：軽装かさ密度及び重装かさ密度」に準拠して測定した。まず、振動を防ぎ、静置した容積既知の容器（シリンダー）中に、原料粉末を自由に落下させて集めた。その後、試料の入ったシリンダーを３ｃｍの高さから１００回落下させてタッピング（圧縮）を行い、圧縮後の試料の体積を読みとり、質量を体積で除して重装嵩密度を算出した。なお、１００回のタッピングの途中で粉末の圧縮後の体積が飽和していることを確認の上で測定を行った。
【0064】
原料粉末の粒径（メディアン径）は、粒度分布を測定して、Ｄ５０の値を求めた。粒度分布測定は、レーザ粒度分布測定装置〔マイクロトラック・ベル（株）製「マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸII」〕を用いて行った。測定するセラミックス粉末を０．２質量％のヘキサメタ燐酸ソーダ水溶液（以下「分散液」とも称する）に少量添加し、装置内蔵の超音波に４０Ｗで５分間かけて、原料粉末を分散させた。なお、アルミナの屈折率は１．７６とした。
【0065】
原料粉末を３００ｍｇ取り分け、ペレット成型用の金型（内径がペレット径と等しい円筒形）に装填し、１軸プレス機にて表１に記載の成形圧力にて３０秒加圧し、焼結用のアルミナペレット（アルミナ物品試料）を得た。
【0066】
レーザ焼結を行った実施例および比較例では、まず、カーボン塗布を行った。アルミナ物品試料の表面に、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試料を得た。
次に、積層物試料の炭素粉末含有層の表面に、波長１０７０ｎｍのレーザを照射した。レーザ出力、スポットサイズ、スキャンスピードは、表２に記載した。
次に、積層物試料の炭素粉末含有層の表面に、波長１０７０ｎｍのレーザを照射した。レーザ出力、スポットサイズ、スキャンスピードは、表２に記載した。
【0067】
電気炉焼成を行った比較例では、高温焼成電気炉(スーパーバーン：株式会社モトヤマ製)を用いて、２℃/ｍｉｎで焼成温度まで昇温し、焼成温度で２時間加熱した。
【0068】
得られた多孔質アルミナ焼結体試料（以下「焼結体試料」と称する）について、以下の物性を測定した。
【0069】
（相対密度）
相対密度の測定では、まず、ＪＩＳ Ｒ １６３４：１９９８に準拠して、アルキメデス法によりかさ密度を算出した。かさ密度は下記の式（４）により求めた。次いで、かさ密度をアルミナの理論密度（３．９５ｇ/ｃｍ３）で割ることで、相対密度を算出した。
かさ密度（ｇ/ｃｍ３）＝Ｗ１÷（Ｗ３－Ｗ２）×ρ ・・・（４）
ここで、Ｗ１は焼結体試料の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は焼結体試料の液中質量（ｇ）、Ｗ３は焼結体試料の含液質量（ｇ）、ρは試験時の液体（媒液）の密度（ｇ／ｃｍ３）である。
なお、試験時の液体（媒液）としては、水（比重ρ＝１．００ｇ／ｃｍ３）を用いた。以下に説明するアルキメデス法を用いた各種測定においても、液体として水を用いた。
相対密度の測定では、まず、ＪＩＳ Ｒ １６３４：１９９８に準拠して、アルキメデス法によりかさ密度を算出した。かさ密度は下記の式（４）により求めた。次いで、かさ密度をアルミナの理論密度（３．９５ｇ/ｃｍ３）で割ることで、相対密度を算出した。
かさ密度（ｇ/ｃｍ３）＝Ｗ１÷（Ｗ３－Ｗ２）×ρ ・・・（４）
ここで、Ｗ１は焼結体試料の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は焼結体試料の液中質量（ｇ）、Ｗ３は焼結体試料の含液質量（ｇ）、ρは試験時の液体（媒液）の密度（ｇ／ｃｍ３）である。
なお、試験時の液体（媒液）としては、水（比重ρ＝１．００ｇ／ｃｍ３）を用いた。以下に説明するアルキメデス法を用いた各種測定においても、液体として水を用いた。
【0070】
（開気孔率）
開気孔率は、ＪＩＳ Ｒ １６３４：１９９８に準拠して、アルキメデス法により求めた。開気孔率は、下記の式（５）により算出した。
開気孔率（％）＝（Ｗ３－Ｗ１）÷（Ｗ３－Ｗ２）×１００ ・・・（５）
ここで、Ｗ１は焼結体試料の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は焼結体試料の液中質量（ｇ）、Ｗ３は焼結体試料の含液質量（ｇ）である。
開気孔率は、ＪＩＳ Ｒ １６３４：１９９８に準拠して、アルキメデス法により求めた。開気孔率は、下記の式（５）により算出した。
開気孔率（％）＝（Ｗ３－Ｗ１）÷（Ｗ３－Ｗ２）×１００ ・・・（５）
ここで、Ｗ１は焼結体試料の乾燥質量（ｇ）、Ｗ２は焼結体試料の液中質量（ｇ）、Ｗ３は焼結体試料の含液質量（ｇ）である。
【0071】
（平均細孔径）
平均細孔径は、ＪＩＳ Ｒ １６５５：２００３に準拠して、水銀圧入式ポロシメーターを用いて圧力と液量の関係式から細孔分布を評価した。
平均細孔径は、ＪＩＳ Ｒ １６５５：２００３に準拠して、水銀圧入式ポロシメーターを用いて圧力と液量の関係式から細孔分布を評価した。
【0072】
（３点曲げ）
３点曲げは、ＪＩＳ Ｒ １６０１：２００８に準拠して測定した。まず、φ１５ｍｍの焼結体試料を切削加工して、標準試験片Ｉ（長さ１２ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ１．１ｍｍ）の形状を有する多孔質セラミックス焼結体の試験片を作成した。得られた試験片を、一定距離（８ｍｍ）をあけて配置された２つの支点の上に置く。支点間の中央位置で、試験片に対して上から荷重を加えて、試験片が破壊したときの最大荷重を測定した。測定結果を用いて、以下の式（６）から曲げ強度を算出した。
σｂ３＝３ＰＬ÷２ｗｔ２ ・・・（６）
ここで、σｂ３は３点曲げ強さ(MPa)であり、Ｐは試験片が破壊したときの最大荷重(N)であり、Ｌは支点間距離（８ｍｍ)であり、ｗは試験片の幅（４ｍｍ)であり、ｔは試験片の厚さ（１．１ｍｍ）である。
３点曲げは、ＪＩＳ Ｒ １６０１：２００８に準拠して測定した。まず、φ１５ｍｍの焼結体試料を切削加工して、標準試験片Ｉ（長さ１２ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ１．１ｍｍ）の形状を有する多孔質セラミックス焼結体の試験片を作成した。得られた試験片を、一定距離（８ｍｍ）をあけて配置された２つの支点の上に置く。支点間の中央位置で、試験片に対して上から荷重を加えて、試験片が破壊したときの最大荷重を測定した。測定結果を用いて、以下の式（６）から曲げ強度を算出した。
σｂ３＝３ＰＬ÷２ｗｔ２ ・・・（６）
ここで、σｂ３は３点曲げ強さ(MPa)であり、Ｐは試験片が破壊したときの最大荷重(N)であり、Ｌは支点間距離（８ｍｍ)であり、ｗは試験片の幅（４ｍｍ)であり、ｔは試験片の厚さ（１．１ｍｍ）である。
【0073】
【表1】
【0074】
【表2】
【0075】
【表3】
【0076】
実施例１および２の焼結体試料は、実施形態の要件を満たすアルミナ粒子を用い、実施形態の製造工程を満たす製造方法で作製したため、低い相対密度と高い熱伝導率を共に達成していた。
【0077】
比較例１～４は、焼結工程において電気炉を用いたため、得られた焼結体試料は、式（２）を満たさず、相対密度に対する曲げ強度が十分に向上できていなかった。
【0078】
比較例５は、原料のセラミックス粉末（アルミナ粉末）の重装嵩密度が大きかったため、得られたセラミックス焼結体（アルミナ焼結体）は相対密度が高かった。また、レーザ照射して焼結したときの収縮率が高かった。そのため、焼結後、アルミナ焼結体は割れてしまった。
【0079】
（実施例３～４、比較例６）
（１）多孔質セラミックス焼結体の製造
実施例３～４および比較例６で使用したセラミックス粉末原料の種類および物性（重装嵩密度、メディアン径）、セラミックス粉末原料を加圧成形して作製したセラミックス物品の成形条件、セラミックス物品の焼結方法および焼結条件を、表４～５に記載した。なお、表５において、「－」は、その処理を行わなかったことを意味する。
また、表中で下線を引いたものは、本発明の実施形態の要件を満たしていないことを示す。
（１）多孔質セラミックス焼結体の製造
実施例３～４および比較例６で使用したセラミックス粉末原料の種類および物性（重装嵩密度、メディアン径）、セラミックス粉末原料を加圧成形して作製したセラミックス物品の成形条件、セラミックス物品の焼結方法および焼結条件を、表４～５に記載した。なお、表５において、「－」は、その処理を行わなかったことを意味する。
また、表中で下線を引いたものは、本発明の実施形態の要件を満たしていないことを示す。
【0080】
各種の測定方法、セラミックス物品の成形条件、セラミックス物品の焼結方法および焼結条件については、「実施例１～２、比較例１～５」に記載した焼結方法および焼結条件と同様とした。熱伝導率の測定は以下の通りとした。
【0081】
（熱伝導率）
熱伝導率(λ)は、熱拡散率、比熱容量およびかさ密度をそれぞれ測定し、それらの測定値の積から算出した。
かさ密度は、「実施例１～２、比較例１～５」に記載した測定方法を用いた。熱拡散率および比熱容量の測定方法は以下の通りであった。
熱拡散率はＪＩＳ Ｒ １６１１：２０１０に準拠して、フラッシュ法により求めた。
比熱容量は、ＪＩＳ Ｒ １６７２：２００６に準拠して、ＤＳＣ法で測定した。
熱伝導率(λ)は、熱拡散率、比熱容量およびかさ密度をそれぞれ測定し、それらの測定値の積から算出した。
かさ密度は、「実施例１～２、比較例１～５」に記載した測定方法を用いた。熱拡散率および比熱容量の測定方法は以下の通りであった。
熱拡散率はＪＩＳ Ｒ １６１１：２０１０に準拠して、フラッシュ法により求めた。
比熱容量は、ＪＩＳ Ｒ １６７２：２００６に準拠して、ＤＳＣ法で測定した。
【0082】
【表4】
【0083】
【表5】
【0084】
【表6】
【0085】
実施例３および４の焼結体試料は、実施形態の要件を満たすアルミナ粒子を用い、実施形態の製造工程を満たす製造方法で作製したため、低い相対密度と高い熱伝導率を共に達成していた。このことから、得られた多孔質セラミックス焼結体は、相対密度が低いにもかかわらず、セラミックス粒子間の結合力が高いと推測される。
【0086】
比較例６は、焼結工程において電気炉を用いたため、得られた焼結体試料は、相対密度は低かったものの、熱伝導率も低かった。このことから、得られた多孔質セラミックス焼結体は、セラミックス粒子間の結合力が低いと推測される。
【符号の説明】
【0087】
１０ セラミックス粉末
２０、２００ 積層物
２１ セラミックス物品
２２ 炭素粉末含有層、
２３ 基材
３０ レーザ照射手段
３１ レーザ
３１Ｅ 照射位置
３１Ｒ 照射位置の直下領域
４０ 多孔質セラミックス焼結体
４１ 多孔質セラミックス焼結部
４２ 非焼結部
６０ 金型
６１ 加圧治具
２０、２００ 積層物
２１ セラミックス物品
２２ 炭素粉末含有層、
２３ 基材
３０ レーザ照射手段
３１ レーザ
３１Ｅ 照射位置
３１Ｒ 照射位置の直下領域
４０ 多孔質セラミックス焼結体
４１ 多孔質セラミックス焼結部
４２ 非焼結部
６０ 金型
６１ 加圧治具
【図1】
【図2】
【図3】
