JPH01138111A - ダイヤモンド製容器およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、白金製容器の代替品として各種高純度試薬や
高純度ガラスの溶融、精製に用いることが出来、特にフ
ッ化物ガラスの製造に好適なダイヤモンド製容器および
その製造法に関する。

〔従来の技術〕

ダイヤモンドは地上で最高の硬度を有し、熱膨張係数が
小さく、熱伝導率が高く、高温酸化雰囲気を除けば、は
とんどすべての薬品に侵されない等、極めて優れた多く
の特性を有するが、天然のものは工業用ダイヤモンドで
も高価で大きな単結晶のものは得られない。また、静的
高圧法によって、人工的に大つぶのダイヤモンドがＩＵ
られるにうになっているが、１力ラツト以上のものを造
ることは困到で、その製造コストは、天然のらのをはる
かに上まわるとされている。

そのため人きざには自から制限があり、さらに硬度が高
く加工が回動で、ダイヤモンドを部品とするには大きさ
のみならず、形状にも大きな制約を受ける。したがって
、その特性は優れているにもかかわらず、各種８純度試
薬や高純度ガラスの溶融、精製のように耐熱性、耐食性
が要求される容器には、黒鉛、ガラス状カーボン、或い
は白金が用いられ、ダイヤモンドは全くかえり見られて
いないのが現状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、炭素製のルツボやボートは、気相からの熱分解
黒鉛（例えば米国ＵＣＣ社製、パ゛イロリテイツクグナ
ファイト等）を除いてピッチ樹脂などのバインダーとコ
ークス等のフィラーを混線、成形、焼成黒鉛化して造ら
れているが、含有されている不純物を低減することｔよ
容易でなく、黒鉛化後にさらに精製処理を行なわなけれ
ば、不純物゛をｐｐｍオーダーにすることが出来なかっ
た。

また、従来の炭素ルツボでは、長時間の使用に耐えられ
ない場合も多い。例えばフッ化物ガラスを溶融する場合
は、三フッ化窒素（ＮＦ３　）の雰囲気中で約８００℃
に加熱されたガラス状カーボンのルツボが使用されてい
るが、溶融物に炭素のカスが浮くことがある。腐食のメ
カニズムは定かでないが、ガラス状カーボンでも、それ
を構成する炭素原子のほとんどは、ＳＰ’結合、すなわ
ち黒鉛と同じ結合状態であることから、ミクロ的には黒
鉛と同様にして腐食されていくものと思われる。

さらに、炭素製ルツボの代りにイリジウムや白金製のル
ツボを使うと、これらは資源的にも員少で高価なため、
Ｍ製材料のコストダウンを進める上での障害となる。

ダイヤモンドは優れた特性を有するため、ダイヤモンド
で大きな容器を経済ベースで作成出来れば、上記問題は
解決する。

本発明者らは、比較的大形のダイヤモンド製容器を得べ
く、研究を進めた結果、熱フィラメントＣｖＤ法（持分
１１ｆｌ　５９−２７７５３　号公報）ヲ用いることに
よって大形のダイヤモンド製容器が得られると考えた。

本発明は上記の考えに基づいてなされたもので、大きい
自立性薄膜のダイヤモンド製容器およびその製造法を提
供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は上記の目的を達成すべくなされたもので、その
要旨は、粒子径０．１〜８００μｍのダイヤモンド結晶
が集合した薄膜で構成されたダイヤモンド製容器、およ
び容器形状をした耐熱性基材面にＣＶＤダイヤモンド膜
を形成し、次いで該基材を溶解除去するダイヤモンド製
容器の製造法にある。

第１図は本発明に係るダイヤモンド製容器を製造するＣ
ＶＤ装置の一例を示すもので、図中符号１はＣＶＤダイ
ヤモンドを生成せしめるＣＶＤ室である。ＣＶＤ室１に
は希釈用の水素を供給する水素ボンベ２、および炭素の
原料となる炭化水素を供給する炭化水素ボンベ３が接続
されている。

また、ＣｖＤ室１内を減圧状態に保持する油ロータリー
ポンプ４が設けられ、ＣＶＤ室１内の圧力を読み取る圧
力計５が取付けられている。

また、ＣＶＤ室１内には、容器形状の耐熱性基材６を開
口部を上にして支持する支持体７が設けられ、この支持
体７は、ＣＶＤ室１の外側に設けられた回転駆動機８に
よって所定の速度で回転されるようになっている。上記
耐熱性基材６に近接して、基材６を全体加熱する補助ヒ
ーター９が設けられ、また電圧調整器１０を介して加熱
され、電子線を照射するフィラメント１１が上記基材６
の開口部から基材６の内面に近接して設けられている。

なお、１２は流量計、１３はバルブ、１４はバブラーで
ある。

上記、ＣＶＤ装置に使用される炭化水素としては、メタ
ン、エタン、プロパン等の脂肪属炭化水素、ベンゼン、
トルエン等の芳香族炭化水素、エタノール、アセトン等
の含Ｍ素右機化合物が用いられる。これらのガスは、水
素で０．１〜５０ｖ。

１％に希釈されて、油回転ポンプ４によって１０〜１Ｑ
ＱＴｏｒｒに保持されたＣＶＤ室に導入される。

上記基材６を回転しながら補助ヒータ加熱を行うととも
に、フィラメント１１を１０００〜２２００℃に加熱し
て熱電子を放射せしめると、基材６のフィラメントに対
向する部分は７００〜１０００℃に加熱され、基材６の
内面にダイヤモンドが析出し、ダイヤモンドの薄膜が形
成される。

上記基材６の面に形成されたダイヤモンド膜が所望の厚
さとなった時点で、これを取出し、薬品によって基材６
を溶解すれば、自立性Ｆｉ！Ｊｒ！のダイヤモンド容器
が得られる。

容器の肉厚は、実用上の強さ、および経済性から２０〜
１０００μｍＰｌＢが適当である。

この方法で得られたダイヤモンド容器の表面物情は、天
然のダイヤモンドとほぼ同じである。すなわち、膜状の
ダイヤモンド容器は多結晶で得られるので、Ｘ線回折ス
ペクトルによって測定したところ、立方晶ダイヤモンド
固有の（１１１）、（２２０＞而が観察され、またラマ
ンスペクトルは１３３２ｃｍ−’にダイヤモンド成分の
存在を示す鋭いピークが認められた。

なお、上記説明では、容器形状基材の内面にダイヤモン
ドを析出させたが、第２図に示すように、基体６の外側
に析出させてもよい。この際フィラメント１１の形状は
外面に沿うようにする。

次に実施例を示して本発明に係るダイヤモンド製容器お
よび製造法を説明する。

〔実施例１〕 内径３０ｍ、厚さ０．８Ｍ、深さ２０ｍの石英ガラス製
ルツボの内面にシリコンを５０μ雇の厚さに溶射し、表
面粗さ（Ｒｍａｘ）約１８μｍのシリコン膜を形成させ
て基材とし、ＣＶＤ室容聞６゜５ノの第１図に示す装置
によってダイヤモンドを析出させた。フィラメントとし
ては、径０．３ｒｒａｓのタングステン線を用い、基材
内面に合わせてセットした。フィラメン１−と基材表面
との間隔は回転中常に２±０．５ＭとなるようにしＩζ
。また熱応力を低減するため補助ヒーターで基材全体を
６００℃に加熱するとともに、フィラメン１−を加熱し
、フィラメントと対向する基材の面部分を８５０℃に保
持した。

原石ガスとしては、水素で１ｖ０１％に希釈したメタン
を用い、析出中のＣＶＤ室内圧力を３０Ｔ。

ｒｒに保持しながら、１５０３ＣＣＨの速度で導入した
。

基材の回転速磨を０．２ｒｐｈで３００時間ダイヤモン
ドを析出さけた後、これを取出し、フッ硝酸で基材を溶
解して、ダイヤモンド膜容器を得た。

この重さを秤量して平均膜厚を求めたところ５０μｍで
あった。

この容器の不滲透性を確認するため、容器内にｃＪｔｉ
酸を入れ、純水に浮べ、１時間後の純水のｐＨ変化を調
べたが、有意な変化は認められなかった。

また、容器をフッ酸で煮沸して溶出成分を誘導結合型プ
ラズマ発光分光器（Ｉ　ＰＣ＞で調べたが、タングステ
ン等の遷移金属成分は検出されなかった。

さらにこの容器を、ラマンスペクトル、Ｘ線回折で測定
した結果、ダイヤモンドＣあることが確認された。

〔実施例２〕 内径５０間、厚さ１．０脳、深さ３０ｍの石英ガラス製
容器の内面に、シリコンを５０！、１ｍの厚さに溶射し
、表面粗さ（Ｒｍａｘ）約１８μｍのシリコン膜を形成
ざ住て基材とし、実施例１と同じにして平均膜厚８０μ
ｍのダイヤモンド製容器を得た。

この容器を用いてフッ化物光フアイバ用高純度ＮａＦを
作製した。高純度ＮａＦは溶媒抽出法により全屈不純物
を除去した後、フッ化水素酸を加えて沈澱させる方法（
小林、照沼、坂０．１９８６年。

秋期、第４７回応用物理学会学術講演会、講演予りｎ集
、　　１８２”Ｔ、　ＫＭ演番号２７　ａ　　Ｘ　　２
　）　ヲ用いた。得られたＮａＦを放射化分析した。結
果を第１表に示す。

なお、白金ルツボによって同様にしてつくったＮａＦの
分析値を併記した。

第　　１　　表 第１表より明らかなように、ダイレモンドルツボを用い
ると白金ルツボを用いた時より１１純度となる。

〔実施例３〕 内径３５ｍｍ１厚さ０．８ｍ、深さ３５ｍの石英ガラス
製容器の内面にシリコンを５０μＴｎの厚ざに溶射し、
表面粗さ（Ｒｍａｘ）約１８μｍのシリコン膜を形成さ
けて基材とした。

この基材を用いて実施例１と同様にして内面にダイヤモ
ンド膜を析出ざけ、平均膜厚９３　ｕ　ｍのダイヤモン
ド容器を（りた。この容器の底に（￥８　ｍｍの孔をＹ
ＡＧレーザーで穿設し、厚さ５＃、内径的３７＃、高さ
４０ｍの黒鉛製容器（東洋炭素製ＩＧ−１１０）に納め
て補強し、高周波加熱装置に入れ、三フッ化窒素（Ｎ「
３　）雰囲気中でフッ化物ガラス（ｌ成、５３ＺｒＦ　
ａ　−２０８ａＦ　２−２ＯＮａＦ　−４１−ａｔ”　
３−３＃Ｆ　３　）を８００℃で１時間加熱溶融したが
、ガラス溶湯中に不純物の浮上は仝くみられなかった。

〔効果〕

以上述べたように、本発明に係るダイヤモンド製容器お
よびぞの製法は、自立性ダイヤモンド容器が安価に得ら
れるので、経演ベースにのり、ダイＸ７モンドの優れた
特性が利用可能となり、高純度金属の￥ｆ３製、フッ化
物ガラスの溶融などに、白金に代りに用いることが出来
る。そのため、従来、白金製品を用いなければならなか
った、高純度材料の製造コス］・を低減せしめる等、産
業界に寄与することが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いるＣＶＤ装置の図、第２図は、
容器形状の基材外面にダイヤモンドを析出する場合の基
材とフイラメン１〜の相対位置を示す図である。 １・・・ＣＶＤ室、２・・・水素ボンベ、３・・・炭化
水素ボンベ、４・・・油ロータリーポンプ、５・・・圧
力Ｃ」、６・・・耐熱性基材（基材）、７・・・支持体
、８・・・回転駆動機、９・・・補助ヒータ、１０・・
・電圧調整器、１１・・・フィラメント、１２・・・流
量計、１３・・・バルブ、１４・・・バブラー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粒子径０．１〜８００μｍのダイヤモンド結晶が
   集合した薄膜で構成されたことを特徴とするダイヤモン
   ド製容器。
2. （２）容器形状をした耐熱性基材の表面にＣＶＤダイヤ
   モンド膜を形成し、次いで該基材を溶解除去することを
   特徴とするダイヤモンド製容器の製造法。