JPH02157191A

JPH02157191A - 粒状ダイヤモンドの製造方法

Info

Publication number: JPH02157191A
Application number: JP30918888A
Authority: JP
Inventors: Masato Kamata; 眞人鎌田; Shinji Arai; 荒井　真次; Hiromitsu Takeda; 博光竹田; Atsuhito Sawabe; 厚仁澤邊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-06-15

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】〔発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は粒状ダイヤモンドの製造方法に関し、特に個々
に独立した結晶をなす粒状ダイヤモンドの製造方法に関
する。

（従来の技術）現在、工業材料として使用されているダイヤモンド粒子
の９割以上は、高圧合成法によって製造されたものであ
る。

これに対して、近年、高圧合成法のように大規模な製造
装置を必要とせす、低圧下において気相からダイヤモン
ドを製造する方法か発表されている。代表的な方法とし
ては、マイクロ波放電を用いた化学気相成長法（Ｍ、Ｋ
ａｍｏ、ｅｔ　ａｌ、、Ｊ、　Ｃｒｙｓｔ。

Ｇｒｏｗｔｈ、　Ｖｏｌ、ｆｉ２（１９８３）ｐｐ、ｌ
１ｉ４２〜８４４）や電子衝撃を用いた化学気相成長法
（Ａ、Ｓａｗａｂｅ　ａｎｄ　Ｔ、ＩｎｕｚｕｋａＴｈ
ｉｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ、Ｖｏｌ、１３７（１９
８Ｂ）ｌ）１１．８９−９９）などが知られている。こ
れらの方法では、反応容器中に発生したプラズマを用い
ることにより、原料気体である炭化水素と水素との混合
気体を分解し、加熱された基体表面にダイヤモンドを析
出させている。

これらの方法は膜状ダイヤモンドの製造に適した方法と
して注目されている。しかし、これらの方法ではダイヤ
モンドの成長速度か０．１〜５μｍ／ｈｒと小さいとい
う問題がある。また、これらの方法で膜状ダイヤモンド
を製造する場合、ダイヤモンドの成長に先立ち、基体表
面をダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素のような高硬度研
磨粉によって荒らす必要かある点か問題となっていた。

以」二のような問題を解決する方法として、直流放電を
用いた化学気相成長法（Ｋ、５ｕｚｕｋｉ　、Ａ、Ｓａ
ｗａｂｅｅｔ　ａｌ、、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、１．ｅｔ
ｔ、、Ｖｏｌ、５０（１９８７）ｐｐ、７２８−７２９
）が知られている。この方法によれば、ａＳｐｏｌｉｓ
ｈｅｄの基体表面に何ら処理を施すことなく、膜状ダイ
ヤモンドを５０〜１００庫／ｈｒの成長速度で製造可能
である。

しかし、この方法では直流放電を用いているため、ダイ
ヤモンドが陽極表面に成長すると、放電が不安定となり
、放電が停止した場合の再起動が困難である。

また、前述した従来の気相成長法はいずれも膜状ダイヤ
モンドを製造するには適した方法であるが、粒状ダイヤ
モンドを選択的に成長させることは困難であり、たとえ
基体としてダイヤモンド粒子を用いたとしても、その全
面にダイヤモンドを成長させることは不可能である。

（発明が解決しようとする課題）本発明は以上のような問題点を解決するためになされた
ものであり、単結晶からなる均一な粒状ダイヤモンドを
製造し得る方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の粒状ダイヤモンドの製造方法は、反応容器中に
基体を設置し、反応容器内に有機化合物を含有する反応
ガスを導入し、該反応ガスの分解及び分解によって生じ
た炭素の活性化により前記基体表面にダイヤモンドを成
長させるにあたり、前記基体として無機質の繊維を用い
、該繊維端面にダイヤモンド結晶の核を発生させること
を特徴とするものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明においては、例えば通常の気相成長法で用いられ
る反応容器が用いられ、この反応容器内に無機質の繊維
からなる基体が設置される。

本発明において、基体となる無機質の繊維としては、炭
素繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維なとか
挙げられる。無機質の繊維としては、これらのうちでも
炭化物、又は炭化物を形成しやすい材質であることが望
ましい。例えば前述した各種繊維のうち金属繊維に関し
ては、炭化物を形成しやすい材質として、Ｗ、Ｍｏ、Ｔ
ａ。

Ｔｉなどの繊維を挙げることができる。また、これらの
金属繊維の炭化物であるＷＣ，ＭｏＣなどの繊維を用い
てもよい。これらの無機質繊維は直径か１０μｍ以下で
あることが望ましく、通常このような細い繊維を束状に
して、その端面にダイヤモンドが析出するように反応容
器内に設置する。なお、無機質繊維として光ファイバー
などの透光性繊維を用いれば、繊維端面における過熱を
防止することかでき、最適条件でダイヤモンドを析出さ
ぜることかできる。

本発明において、反応ガスとしては、ダイヤモンドの原
料となり得る炭素を生じるような有機化合物を含むもの
であればよい。有機化合物としては、具体的にはメタン
、エタン、プロパン、エチレン、アセチレンなどの炭化
水素や、アセトン、メタノール、エタノール、ブタノー
ル、アセトアルデヒドなどを挙げることができる。なお
、化学気相成長法によってダイヤモンドを製造する場合
、反応ガス中に水素を所定量混入させることか必要とな
る。ただし、反応ガス中に混入させる水素の適量は他の
反応条件によっても左右されるため特に限定されないが
、化学気相成長法における有機化合物と水素との混合比
は、（有機化合物）／（水素）　＝０．００１〜１．０
の範囲とすることが好ましい。

ガス圧については、例えば後述する直流放電を用いた化
学気相成長法の場合、１〜１０００Ｔｏｒｒの範囲が好
ましい。また、ガス流量は反応容器の容積によって決ま
るため特に限定されず、反応によって消費されたガスを
補充できれば充分である。

本発明に係るダイヤモンドの気相成長法においでは、放
電又は熱分解によって原料の有機化合物を分解し、反応
容器中に個々に分離した炭素を生成させる。その具体的
な方法は特に限定されず、マイクロ波放電を用いた化学
気相成長法、電子衝撃を用いた化学気相成長法、直流放
電を用いた化学気相成長法などいずれの方法でもよい。

このうち直流放電を用いた化学気相成長法では、放電と
しては正規グロー放電よりもアーク放電側の領域を必要
とする。代表的な放電の性質としては、■両極間の電位
勾配がほぼ一定であり、顕著な陽極降下、陰極降下か見
られない、■電流密度は０．１〜ＩＯＡ／ｃｍ２程度で
ある、という２項目にまとめられる。直流印加電圧は、
両極間距離及び反応圧カ一定の条件下における正規グロ
ー放電時の両極間電圧と同等か又は高い値であればよい
。

また、この反応時に基板支持体の上面全体が放電によっ
て覆われることか望ましいので、基板支持体の近傍に陽
極となる電極を設ける場合には、電極の形状は例えば基
板支持体を囲むリング状とする。基板支持体の近傍に陽
極となる電極を設ける場合、基板支持体の電位は陽極と
等電位か、又は浮動電位とすることか望ましい。これら
基板支持体及び電極は、反応時にイオン、電子、エネル
ギーを持った中性気体粒子の衝突によって８００〜１１
００℃程度まで昇温するので、モリブデンなどの高融点
金属なとて作製する。一方、陰極には、放電開始時のイ
グナイター、又は反応中の放電維持用として作用するフ
ィラメントを内蔵させることか望ましい。このフィラメ
ントの材質は、熱電子を放出しやすいものであればよい
が、有機化合物を含有する反応ガスの反応の結果、その
表面に炭化物が生成して化学的に安定となる物質である
ことが好ましい。このような材質としては、例えばタン
グステンか挙げられる。

（作用）本発明方法によれば、基体として無機質の細い繊維を用
い、この繊維の端面にダイヤモンドの核を発生させるた
め、ダイヤモンドは個々の繊維の端面で成長し、独立し
た単結晶の粒状ダイヤモンドを得ることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお
、以下の実施例は好適な例であり、本発明はこれに限定
されるものでないことは勿論である。

第１図は本発明の実施例において用いられた反応装置の
概略構成図である。第２図は本発明の実施例において用
いられた５ｉＣｉ維の束からなる基体の模式図である。

第１図において、反応容器１には反応ガス導入口２と真
空排気口３が設けられている。反応容器１内の下部には
、接地されたモリブデン製のリング状陽極４か設置され
、その内部に第２図に示すように無機質繊維の束からな
る基体５が設置される。反応容器１内の上部には基体５
に対向してモリブデン製の陰極６が設けられており、そ
の内部にはタングステン製のフィラメント７が設置され
ている。陰極６は反応容器］に対してはシールドされて
おり、高圧発生用の直流電源８及びフィラメント加熱用
の交流電源９に接続されている。

なお、反応容器］内の配置か第１図に示すようなもので
ある場合、陰極６に負の電位が印加されるか、これとは
異なり、陰極６を接地して陽極４に正の電位を印加して
も原理的に等しいことは勿論である。

基体５として直径５部のＳｉＣ繊維の束を用い、第１図
に示すように反応容器１内の所定の位置に設置し、反応
容器１内を１Ｏ−７Ｔｏｒｒまで予備排気した。次に、
反応容器１内に原料ガスとしてメタンと水素との混合ガ
スを反応時の圧力である２００Ｔｏｒｒまで導入した。

なお、メタンと水素との体積比は１　：　ｔｏｏに設定
した。つづいて、陰極６内部に設置されているフィラメ
ント７に通電して、フィラメント温度を２０００℃とし
、陰極６に高電圧を印加して放電を開始した。両電極間
距離は］、５ｃｍ。

放電電圧８００Ｖ、放電電流５００ｍＡの条件下で、陽
極４及び基体５の温度は約１０００°Ｃまて上昇した。

反応中は原料ガスを４００　ＳＣＣＭの流量て流した。

また、反応中に陽極４及び基体５の直上には陽光柱か観
察された。

２時間の反応後に走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観
察したところ、ＳｉＣ繊維の端面に粒径的２０μｍの粒
子か成長していた。Ｘ線回折及びラマン分光の結果、こ
の粒子はダイヤモンドであることが確認された。

なお、基体５となる無機質繊維として前述したＳｉＣ繊
維の代わりに、炭素繊維、ＷＳＭｏ。

Ｔａ又はＴ１からなる金属繊維、ＷＣ又はＭ　ｏ　Ｃか
らなる金属炭化物の繊維を用いた場合にも、前記実施例
と同様に繊維の端面にダイヤモンドを成長させ得ること
か確認された。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、極めて簡便な方法
で個々に独立した単結晶の粒状ダイヤモンドを得ること
ができ、ダイヤモンドバイト、不純物ドープによる半導
体ダイヤモンド、宝石用ダイヤモンドなどに用いること
が可能となり、その工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において用いられた反応装置の
概略構成図、第２図は本発明の実施例において用いられ
たＳｉＣ繊維の束からなる基体の模式図である。１　］１・・・反応容器、２・・・反応ガス導入口、３・・・
真空排気口、４・・・リング状陽極、５基体（Ｓ　ｉ　
Ｃ繊維の束）　６・・陰極、７フイラメント、８・・直
流電源、９・・交流電源。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦＼

Claims

【特許請求の範囲】

反応容器中に基体を設置し、反応容器内に有機化合物を
含有する反応ガスを導入し、該反応ガスの分解及び分解
によって生じた炭素の活性化により前記基体表面にダイ
ヤモンドを成長させるにあたり、前記基体として無機質
の繊維を用い、該繊維端面にダイヤモンド結晶の核を発
生させることを特徴とする粒状ダイヤモンドの製造方法
。