JPH03141110A - ダイヤモンド製立体形状製品の製造方法 - 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、スピーカー用振動板、バイブ、および白金製
容器の代替品として各種高純ｌｉ！試薬や高純度ガラス
の溶融、精製に用いることができ、特にフン化物ガラス
の製造に好適な容器などのダイヤモンド製立体形状製品
の＋ｍｉ２を方法に関する。

〔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、熱伝導率が太き（、高ａ酸化雰＋１１１気を除
けば、はとんど全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１人工的に大粒のダイヤモンドが
得られるようになっているが、１力ラツト以上のものを
造ることは困難で、その１１造コストは、天然のものを
はるかに上回るとされている。　　そのため大きさには
自ら制限があり、さらに硬度が高く加工が困難で、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
大きな制約を受けていた。

上記のような問題点を解決するために、容り等の立体形
状をしたダイヤモンド製品を得るには同一形状の耐熱性
基材表面にＣＶＤダイヤモンド膜を形成し、ついで該基
材を溶解除去することにより複雑な形状をしたダイヤモ
ンド部品を製造している〔特ｌｉｔ予１−１３３１１１
　’）ｅ〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、モリブデンやチタン等、ダイヤモンドと熱膨張
率が著しく異なる物を基材として曲面を持つダイヤモン
ドを析出させるとダイヤモンド膜に亀裂などが入りやす
くなる。

それに対し、シリコンはＣＶＤによるダイヤモンドが析
出し易く、かつ、　ダイヤモンドと熱膨張差が小さいの
で、基材として優れた材料である。

そのためシリコンウェハー等が基材に使われる。

しかし、シリコンウェハーのように平面状であれば問題
無いが、立体形状となるとｍ絨加工製が悪いので歩留ま
りが低くコスト高となる。

そこで前記した特開平１−１３８１１１では、石英容器
にシリコンを溶射し、これをダイヤモンド生成用基材に
している（実施例）。

しかし、この容器にシリコンを溶射したままでダイヤモ
ンドを析出させても、石英との熱膨張差から生ずる応力
を十分に緩和しない等の理由により、　ダイヤモンドに
亀裂が入ったり、また自立化したダイヤモンドに変化が
生じることがわかった。

本発明は、シリコン基材を安価に提供し、かつダイヤモ
ンド生成量の向上を図り、かつ良質なダイヤモンド膜製
品を得ることを目的とする。

（ｆ１題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、立体形状をした基板にシリコンを＋８射し、
次いでｌｌｉ基材を溶解等の方法で除去することにより
シリコン自立体を得る。得られたシリコン自立体を基材
にして、ＣＶＤダイヤモンド膜を形成し、さらに必要に
よりシリコン基材を溶解除去する立体形状をしたダイヤ
モンド製容器のｉ遣方法にある。

シリコンを溶射する基材としては、　　Ａｔ、Ｃｕ、Ｆ
ｅあるいはそれら合金および高分子材料など溶射可能な
もので、１ｆｆｌ！１１に基材が除去できるものが望ま
しい、その形状は容器、パイプ、スピーカーレンズ状等
立体形状であれば特に制限はない、この基材に溶射によ
りシリコン膜を形成する。

膜の形成は、生産性などより溶射が最も適し、その膜厚
は、実用上の強さ、経済性から２０〜１００μｍが適当
である。

本発明は、この膜を形成した後、基材を除去し、シリコ
ン自立体を得、これをＣＶＤダイヤモンドの基材とする
ことを特徴とする。

基材の除去は、例えば溶解法によりシリコンをＴ８解せ
ず基材のみを溶解する溶液を用いて行うことができる。

シリコン自立体にＣＶＤダイヤモンドを生成させる方法
はマイクロ波プラズマ法、熱フィラメントＣｖＤ法など
周知の方法が用いられる。

ダイヤモンド生成後は必要により、弗酸で？８ｍするな
どの方法でシリコンを除去する。これによってダイヤモ
ンドのみの製品を１）ることもできる。

以下にダイヤモンド製容器を得る場合を例にとり、ＩＴ
１図を用いて本発明を具体的に説明する。

ｒＥ１図は、熱フイラメントＣＶＤ装置の一例を示すも
ので１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３が接続されている。また、ＣＶＤ室１
内を減圧状態に保１！？する油回転ビンプ４が設けら九
、ＣＶＤ室１内の圧力を読み取る圧力計５が取り付けら
れていまた。ＣＶＤ室１内には、容器形状のシリコン基
材６を開口部を上にして支持する支時体７が設けられ、
この支１ひ休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。また、電子線を照射するフィラメント１０が上記
基材６の内面に近接して設けられており、電圧調ｆｆ１
１３９を介して加熱される。

なお、１１は流量計、１２はバルブ、１３はバブラーで
ある。

上記、ＣＶＤ装五に使用される炭化水素としては、メタ
ン、エタン、プロパン等の脂肪族炭化水素、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
含酸素有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　１０〜１
００Ｔｏｒｒに保持されたＣＶＤ室に導入される。

上記基材６を回転しながらフィラメント１０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３膜が形成される。

上記基材６の面形成されたダイヤモンド膜が所望のｊグ
さとなった時点で、これを取り１１−シ、薬品によって
基材６を溶解すれば、亀裂のない自立性′３膜のダイヤ
モンド容器が安定して得られ、特開平１−１３８１１１
の方法に比べ収率が著しく向」二する。

この方法で１）られたダイヤモンド容器の表面物性は、
天然のダイヤモンドとほぼ同じである。すなわち、膜状
ダイヤモンド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、ｑ方晶ダイヤモンド固有
の（１１，１）、　（２２０）面が観察されまたラマン
スペクトルは１３３２ｃｒｎ　−’　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、基材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５！明に係わるダイヤモンド製品
製造方法を説明する。

〔実施例１〕 内径３０　ｍ　ｍ、　　ｌ’ＸさＱ、８＋ｎｍ、深さ２
０　ｍ　ｒｎのアルミニウム製ルツボの内面にシリコン
を２００　ｐ　ｍのＪｒｌ、さに溶射し、表面組さ（Ｒ
ＩＩａｘ）　　約１８μｍのシリコン膜を形成した後、
純水で２０ｖＱ１％に希釈した塩酸によりアルミニウム
を除去しシリコン自立ｎ賃を得る。この自立膜を基材と
し、ＣＶＤ室容量６．５　　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０．３ｍｍ、のタングステン線を用い、基材内面に合
わせてセントした。フィラメントと基材表面との間隔は
、常に２±０．５ｍｍとなるようにした。フィラメント
を加熱し、フィラメントと対向する基材の面部分を８５
０℃に保持した。

ｆ’！Ｘ料ガスとしては、水素で１ｖｏ１％に希釈した
メタンを用い、析出中のＣＶＤ室内圧力を３０Ｔｏｒｒ
に保持しながら、１５０３ＣＣＭの速度で導入した。

基材の回転速度を、０．２ｒｐｈで３００時間ダイヤモ
ンドを析出させた後、これを取り出し。

フン硼酸で基材をｒ８解して、ダイヤモンド展容器を得
た。この重さを秤量して平均膜厚を求めたところ５０μ
ｍであった。

この容器の不浸透性を確認するため、容器内にｆＡ硫酸
をいれ、純水に浮かべ、１時間後の純水の１１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
ズマ発光分光器で調べたが、タングステン等の遷移金ｍ
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、ダイヤモンドであることが確認された。

同様の実験を２０回繰り返したところ歩留まり９５％で
変形またはａ（４のないダイヤモンド容器製したところ
、歩留まりは、５０％程度であった。

〔実施例２〕 内径５０　ｍ　ｍ、　　厚さ１．　　Ｏｍｍ、　　深さ
３０ｍｍのアルミニウムＩＩＱ容器の内面に、シリコン
を溶射し表面粗さ（Ｒｍａｘ）約１８　ｌｔ　ｍのシリ
コン膜を形成し、実施例１と同様な方法にて平均ＩＩ！
！厚８０μＩｎのダイヤモンド製容器を１１シた。

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Ｎ　ａ　Ｆ　１．を溶媒抽出法により
金属不純物を除去した後、フン化水素酸を加えて沈澱さ
せる方法（小林・照沼・板目、１９８６年、秋期、第４
７回応用物理学会学術講演会。

講演予（＾集、１８２頁、講演番号２７ａ−Ｘ−２）を
用いた。得られたＮａＦを放射分掛した。結果を表１．
に示す。

白金ルツボによって同＋遺にしてつくったＮａＦの分析
値を併記した。

第１表 ダイヤモンド膜を析出させ、平均膜厚４０μｍのスピー
カー用振動板を得た。この振動板の物性値を表２に示す
、ダイヤモンド振動板の音速と内部Ｉｎ失は、従来振動
板として使われていたチタンやベリリウムより大きくな
っており、より優れた振動板として使用できる。

第２表 第１長より明らかなように、ダイヤモンドルツボな用い
ると白金ルツボを用いたときより高純度となる。

〔実施例３〕 内径２５ｍｍ、　　厚さ０．８ｍｍ、深さ６　ｍ　ｍの
実施例１と同様に処理してアルミニウム製容器の内面に
シリコンを溶射し、表面粗さ（Ｒｍａｘ）約１８μｍの
シリコン膜を自立化させて基材とした。

この基材を用いて実施例１と同様にして内面に［効果〕 以上述べたように１本発明によれば自立製ダイヤモンド
が高生成率で得られるので、経済的にもダイヤモンドの
優Ｊした特性が利用可能となり、高純度金属の精製、フ
ッ化物ガラスの溶融などに、白金の代わりとして用いる
ことが出来る。そのため、従来、白金製品を用いなけれ
ばならなかったその８鮨は高純度材料の製造コストを低
減せしめる等、産業界に寄与することがきわめて大きい
。

【図面の簡単な説明】

ｍ１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
材とフィラメント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・・・７１１１回伝ポシブ、５・・・圧
力針、６・・シリコン基材、７・・・支持体、８・・・
回？２駆動機９・・・電圧調整器、　１０・・・フィラ
メント、　１１・・・流量計、１２・・バルブ、　１３
・・・バブラー第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 立体形状をした基材の表面にシリコンを溶射し、次いで
   該基材を溶解等の方法により除去しシリコン自立体を得
   、この自立体にＣＶＤダイヤモンド膜を形成させること
   を特徴とするダイヤモンド製立体形状製品の製造方法。