JPH02267194A - ダイヤモンド合成用ガスバーナー - 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〉 近年気相法、ダイヤモンド合成法（ＣＶＤ法）について
研究が行なわれ、各種の実用的な方法が開発されている
。ＣＶＤ法によれば、耐摩耗性、耐蝕性、高熱伝導性、
広域光学的透明性等の優れた特性を有し、研磨材、研削
材、超硬工具材、光学材料部材等に有用な膜状ダイヤモ
ンド、粒状ダイヤモンドな高収率に製造することができ
る。本発明は本発明者らが先に開発したＣＶＤ法である
燃焼炎法合成法に用いるガスバーナーに関する。

〈従来の技術〉 従来のＣＶＤ法に於いては、原料ガスをダイヤモンドが
合成されるように励起するために特殊な装置を必要とし
た。又いずれの励起源を用いてもダイヤモンド析出面積
の増大は困難である。本発明者らは、簡易な手段で、し
かも大面積の膜状ダイヤモンドをも生成しつる気相合成
方法を開発する目的で研究の結果、原料化合物を燃焼さ
せて不完全燃焼領域を形成し、該領域又は特定条件下に
ある該領域の近傍にダイヤモンド析出用基材を配置する
ことにより目的を達成しうろことを確認して新規な燃焼
炎法による合成法を開発し特許出願を行なった。（特願
昭６３−７１７５８号） 前記燃焼炎法に於いては、原料ガスの燃焼用に酸水素炎
用バーナー、アセチレン用バナー、アセチレン−プロパ
ン両用バーナー等従来、工業用、家庭用等に使用されて
いたバーナーを用いていた。これらのバーナは、円形単
穴、又は同心円スリット状のガスの吹き出し口を有する
。

従って、これらのバーナーにより円錐状燃焼炎が形成さ
れる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ダイヤモンド合成を工業的に行なう場合、実用的には大
面積のダイヤモンド析出が要求される。

然し前述の公知のバーナーによる方法の場合は、次に示
すように大面積の析出には限度がある。

例えば同心円スリット状のガスの吹き出し口を有するバ
ーナーを用いる場合、同心円の径を少なくとも５ｍｍφ
にする必要がある。そしてこの場合逆火等の現象を考慮
するとスリットの巾は０２〜０．５ｍｍ程度に限定され
、必然的に炎の吹き出し口での燃焼ガス層厚は０．５ｍ
ｍ以内である。このようなバーナーで燃焼炎法によりダ
イヤモンド合成を行なうと外部からの空気（酸素）拡散
が大量に起こり、ダイヤモンド合成領域はガスの吹き出
し口に非常に近い部分に限定される。そしてダイヤモン
ド析出用基板を吹き出し口より３ｍｍ以内に設けると、
バーナーの噴出ガスにバックプレッシャーがか＼す、吹
き出し口への未燃焼炭素分が、すき状に堆積する等の現
象を生じ、燃焼が不安定となり、ダイヤモンド合成を安
定に行なうことは困難となる。

従って前述の欠点がなく、大面積のダイヤモンド結晶の
析出が容易であり、且つ析出したダイヤモンドが均質で
ある燃焼炎法の開発が要望されている。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは前記の要求に答えるため鋭意研究の結果、
ガス吹き出し口をスリット状であるガスバーナー、或は
ガス吹き出し口が、多数の小穴よりなり、且つ小穴の配
置面の長短比を特定されたガスバーナーを用いることに
より目的を達することを確認して本発明を完成した。

即ち本発明はスリット状原料ガス吹き出し口を有するダ
イヤモンド気相法合成用ガスバーナー及びガス吹き出し
口が単数又は複数の小穴列よりなり、その小穴の形成面
の長短比が１．５以上であるダイヤモンド気相合成用ガ
スバーナーに関する。

次に燃焼炎法ダイヤモンド合成法に於いて、本発明のガ
スバーナーを用いた場合、従来のＣＶＤ法に比して大面
積のダイヤモンドの析出が可能となり、更に析出ダイヤ
モンドの品質が均質化される理由を説明する。

燃焼炎法ではダイヤモンド析出用原料化合物を少なくと
も不完全燃焼領域を有する様に燃焼させ、該不完全燃焼
領域中、又は該領域の近傍の非酸化性雰囲気中に、ダイ
ヤモンド析出用基材の少なくとも一部を設置し、ダイヤ
モンド析出部分の基材温度をダイヤモンド析出温度に保
持することが必要である。

このような燃焼炎法を含酸素雰囲気で実施する場合に、
本発明のガスバーナーを用いて燃焼炎を形成させると、
その燃焼炎は横長となり形成された燃焼炎中への酸素拡
散を減少させつるため、不完全燃焼炎領域を増大させ、
又燃焼炎そのものが均質となり、生成炭化水素ラジカル
の濃度も均質化されるものと思われる。

又バーナーの吹き出し口も必要に応じてその面積の増大
も可能であるため、大面積のダイヤモンド析出も容易で
ある。

尚、本発明のバーナーがスリット状原料ガス吹き出し口
を有する場合、吹き出し口の長短比は実用的に１・３０
〜１：２００の範囲内、好ましくは１・５０〜１：１２
０の範囲内であることが特に好ましい。

長短比が大きすぎるときは、均−炎形成が困難となるば
かりでなく、燃焼層厚が減少し、酸素拡散が広がる。

又小さずぎると火口（ガス吹き出し口）よりの未燃焼領
域、例えばアセチレン、酸素の場合は白心が火口より突
出してダイヤモンド合成領域の体積が減少する。

更にガス吹き出し口が単数又は複数の小穴列よりなる場
合は個々の穴は径が１ｍｍ以下であることが好ましい。

１ｍｍをこえる場合は燃焼ガス層厚が減少し、酸素拡散
が広がる。そして小穴形成面中に於いては、小穴の全面
積は形成面の５〜３０％であることが好ましい。

５より小の場合は酸素拡散が起こりやすく、ダイヤモン
ド合成領域が減少する。３０をこえる場合は未燃焼領域
がバーナー面より突出する。

又小穴形成面の長短比が１．５より小の場合は掃引する
際に、大面積の合成に不利になり、通常のバーナーとの
差が実質的に存在しなくなる。

〈実　施　例〉 本発明のダイヤモンド気相法合成用ガスバーナーを、そ
の代表例を示す図面に基づいて説明する。第１図は側面
図、第２図、第３図、第４図は吹き出し口部底面図を示
す。

第２図、第３図は吹き出し口がスリット状のもの、第４
図は吹き出し口が小穴列よりなるものである。

図に於いて１は原料ガス供給管、２は吹き出し管、３は
吹き出し管に設けられたスリット状吹き出し口、３′は
吹き出し口として形成された小穴、４は小穴が形成され
ている面、５は原料ガス供給管のガスが吹き出し管に流
入する部分に設けられたじゃま板で、図に於いては供給
管の径の１．５倍前後の長さを有し、流入ガスに対して
はり直角に、流入管側に吹き出し管の径の１／３の間隔
をおいて設けられている。

吹き出し口は第２図、第３図に於いてはスリット状であ
る。この場合、端部の形状は第２図の如く、方形、ある
いは第３図の如く湾曲していてもよい。

更に第４図に示すように吹き出し口が、複数の小穴で形
成されている場合、その配置は、特に特定されず、同図
に示されるように千鳥状、或は単数、又は複数列等適宜
のものが用いられる。

次に本発明のガスバーナーを用いてのダイヤモンド合成
例を示す。

合成例　１ 第１図、第４図に示す吹き出し部を有し、吹き出し面が
４Ｘ１００ｍｍφであり、該吹き出し面に長平方向の中
心線に平行に０．５ｍｍφの小穴を中心線から１．５ｍ
ｍづ５離れた線に沿って互いに千鳥状に１．５ｍｍ間隔
をあけた吹き出し口を有する本発明の酸素−アセチレン
バーナーを用いた。

このバーナーにアセチレン２０℃／分、酸素１７℃／分
、酸素・アセチレン比０．８５のガスを供給し、燃焼炎
を形成させた。

基体として２０Ｘ　ＩＯＸ　　１５０ｍｍのＷＣ−Ｇｏ
焼結体をバーナー吹き出し面に平行に、且つ吹き出し面
より１５ｍｍの位置に保持し、２０分間ダイヤモンド合
成を行なった。

合成完了後、基体上に、光学顕微鏡により面積１４ｍｍ
Ｘ　１１２ｍｍ　、厚さ数μｍの長円状のダイヤモンド
自形粒を含んだ膜状析出を確認した。

次にこの膜状析出物のレーザーラマン分光を測定した結
果、この膜状析出物が僅かに１−カーボン成分を含む良
質のダイヤモンド結晶であることが確認された。

合成比較例 市販の大口径である直径３．６ｍｍφの円型単穴の吹き
出し口を有する酸素−アセチレンバーナーを用いた以外
合成例１と同様な方法で燃焼炎を形成し、ダイヤモンド
合成実験を行なおうとしたが、合成例１と同流量を流す
ことは出来なかった。

そこで流量を減少し、アセチレン１０１／分、酸素８．
５Ｎ／分とし、合成例１と同様にして試験を行なったと
ころ、白心が伸びて、中心がグラファイトで、周囲がｉ
−カーボンを主体とした析出物が１１ｍｍφ生じた。そ
してダイヤモンド自形を持った析出物がみられなかった
。

合成例　２ 第１図、第２図に示す吹き出し部を有し、吹き出し口が
スリット状で１　ｍｍＸ　８０ｍｍである本発明のバー
ナーを用いた。

このバーナーに、アセチレン２５１／分、酸素２０．７
５１７分、酸素・アセチレン比が０．８３のガスを供給
し、燃焼炎を形成させた。

基体として２０×１０Ｘ　１５０ｍｍのＷＣ−Ｃｏ焼結
体声バーナー吹き出し部分に、平行に、且つ吹き出し部
より１０ｍｍの位置に保持し、１５分間燃焼を行なった
。

燃焼完了後、基体上に、光学顕微鏡により面積８Ｘ１０
５ｍｍの非常に長い長円形の析出が得られた。この析出
物は数μｍのダイヤモンド自形を含んだ結晶粒の密に集
合した膜状であることが、光学顕微鏡下の観察で分かっ
た。又、この析出面を合成例１と同様にラマン分光分析
を行ない、合成例１と同様の結果を得た。

〈発明の効果〉 従来のバーナーを用いた場合に比し、均質で且つ大面積
のダイヤモンド析出が可能となった。又、掃引するとき
有用のバーナーであることが確認できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスバーナーの燃焼炎吹き出し口の側
面図、 第２図、第３図は吹き出し口がスリット状である場合の
本発明のバーナーの底面図。 第４図は多数の小穴よりなる吹き出し口が設けられた本
発明のバーナーの底面図。 図中、１は原料ガス供給管、２は吹き出し管、３はスリ
ット状吹き出し口、３゛は吹き出し口として形成された
小穴、４は小穴が形成されている面、５はじゃま板を示
す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）スリット状原料ガス吹き出し口を有するダイヤモ
   ンド気相合成用ガスバーナー。
2. （２）スリット状原料ガスの吹き出し口の長短比が１：
   ３０〜１：２００である請求項第１項のダイヤモンド気
   相合成用ガスバーナー。
3. （３）ガス吹き出し口が単数又は複数の小穴列よりなり
   、その小穴の形成面の長短比が１．５以上であるダイヤ
   モンド気相合成用ガスバー ナー。