JPH0662357B2 - ダイヤモンド粉末の製法 - Google Patents
ダイヤモンド粉末の製法Info
- Publication number
- JPH0662357B2 JPH0662357B2 JP60094179A JP9417985A JPH0662357B2 JP H0662357 B2 JPH0662357 B2 JP H0662357B2 JP 60094179 A JP60094179 A JP 60094179A JP 9417985 A JP9417985 A JP 9417985A JP H0662357 B2 JPH0662357 B2 JP H0662357B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- gas
- light
- wavelength
- powder
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はダイヤモンドの合成法に係り、特に気相成長法
により、ダイヤモンド粉末が効率良く製造する方法に関
するものである。
により、ダイヤモンド粉末が効率良く製造する方法に関
するものである。
周知の通り、ダイヤモンド粉末は超高圧・高温下で合成
できるが、このための装置は高価であり、この製造コス
トの低減が望まれている。
できるが、このための装置は高価であり、この製造コス
トの低減が望まれている。
近年、気相成長法によるダイヤモンドの合成が盛んに行
なわれつつあり、イオン化蒸着法、スパッタ法、イオン
ビーム法等のＰＶＤ法、予備加熱ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法等のＣＶＤ法等による気相成長法が普及してい
る。この方法によれば基体上にダイヤモンド膜を形成で
きるというものであるが、未だ気相成長法によってダイ
ヤモンド粉末を生成したという報告はされていない。
なわれつつあり、イオン化蒸着法、スパッタ法、イオン
ビーム法等のＰＶＤ法、予備加熱ＣＶＤ法、プラズマＣ
ＶＤ法等のＣＶＤ法等による気相成長法が普及してい
る。この方法によれば基体上にダイヤモンド膜を形成で
きるというものであるが、未だ気相成長法によってダイ
ヤモンド粉末を生成したという報告はされていない。
従って本発明の目的は気相成長法により効率的にダイヤ
モンド粉末を生成する方法であって、低コストの製造装
置を用いて連続的にダイヤモンド粉末を合成することが
できる製法を提供するにある。
モンド粉末を生成する方法であって、低コストの製造装
置を用いて連続的にダイヤモンド粉末を合成することが
できる製法を提供するにある。
〔問題を解決する手段〕 本発明によれば、気相成長法によりダイヤモンドを合成
する方法であって、反応ガス雰囲気の温度が２００乃至
１１００℃の条件下で、ダイヤモンド生成雰囲気に０．
１〜２０μｍの範囲の波長から選ばれる一定波長の光線
を照射して光エネルギーによる化学反応を促進し、該雰
囲気中にダイヤモンドを含む粉末を生成せしめることを
特徴とするダイヤモンド粉末の製法が提供される。
する方法であって、反応ガス雰囲気の温度が２００乃至
１１００℃の条件下で、ダイヤモンド生成雰囲気に０．
１〜２０μｍの範囲の波長から選ばれる一定波長の光線
を照射して光エネルギーによる化学反応を促進し、該雰
囲気中にダイヤモンドを含む粉末を生成せしめることを
特徴とするダイヤモンド粉末の製法が提供される。
一般に、光線が気体に照射されると、気体分子（又は原
子）に励起され、光のエネルギーが分子解離の活性化エ
ネルギーを越えると気体分子は解離し、イオンやラジカ
ルが生成する。本発明では、気体分子の分解、ラジカル
発生またはＨ原子発生に必要なエネルギーに近い波長の
光線を気体に選択的に吸収させて単一の反応のみを生じ
させる。即ち、気体の種類と光線の波長をうまく選択す
ることによって、SP2やSP結合を有する分子やイオンの
発生を抑制し、これにより原料ガスの分解、分解ガスの
反応によるSP3核の発生、次いで核の成長による粉体形
成という光化学反応がおこなわれる。
子）に励起され、光のエネルギーが分子解離の活性化エ
ネルギーを越えると気体分子は解離し、イオンやラジカ
ルが生成する。本発明では、気体分子の分解、ラジカル
発生またはＨ原子発生に必要なエネルギーに近い波長の
光線を気体に選択的に吸収させて単一の反応のみを生じ
させる。即ち、気体の種類と光線の波長をうまく選択す
ることによって、SP2やSP結合を有する分子やイオンの
発生を抑制し、これにより原料ガスの分解、分解ガスの
反応によるSP3核の発生、次いで核の成長による粉体形
成という光化学反応がおこなわれる。
気相成長によってダイヤモンドを合成するには、そのプ
ロセスにおいて原料ガスがSP3混成軌道の状態を経るこ
とが重要であることが知られている。例えば原料ガスと
して、メタン−水素系を用いると活性化した水素ラジカ
ル（・Ｈ）やメチルラジカル（・CH3）がSP3結合を有す
るメタンに作用してダイヤモンドが形成すると言われて
いる。原料ガスの活性化方法には高温フィラメントによ
る熱電子の予備加熱、高周波マイクロ波等による放電を
利用してプラズマを発生させる方法があるが、これらの
方法による活性化ではエネルギーが単色でなく、広い幅
を有しているため、SP3結合の他にSP結合やSP2結合の状
態が同時に存在する。従って高圧相であるダイヤモンド
に比べて常圧相であるグラファイトが容易に生成される
のでグラファイトを形成する確認が非常に高くなってい
る。これにより、反応雰囲気にグラファイトの核が存在
しているとSP3結合状態の反応種が存在してもグラファ
イトの核によりグラファイトが優位に結晶成長していく
ことになる。
ロセスにおいて原料ガスがSP3混成軌道の状態を経るこ
とが重要であることが知られている。例えば原料ガスと
して、メタン−水素系を用いると活性化した水素ラジカ
ル（・Ｈ）やメチルラジカル（・CH3）がSP3結合を有す
るメタンに作用してダイヤモンドが形成すると言われて
いる。原料ガスの活性化方法には高温フィラメントによ
る熱電子の予備加熱、高周波マイクロ波等による放電を
利用してプラズマを発生させる方法があるが、これらの
方法による活性化ではエネルギーが単色でなく、広い幅
を有しているため、SP3結合の他にSP結合やSP2結合の状
態が同時に存在する。従って高圧相であるダイヤモンド
に比べて常圧相であるグラファイトが容易に生成される
のでグラファイトを形成する確認が非常に高くなってい
る。これにより、反応雰囲気にグラファイトの核が存在
しているとSP3結合状態の反応種が存在してもグラファ
イトの核によりグラファイトが優位に結晶成長していく
ことになる。
本発明においては炭化水素系の原料ガスを選択的にメタ
ンのラジカル分解を促進する光励起プロセスを用いると
反応系にSP3結合の反応種が占められ、光励起されてい
る雰囲気にはこの反応種が衝突を繰り返してSP3結合を
有する核が成長し、その結果、ダイヤモンド粒が得られ
る。ダイヤモンド粒の結晶の成長を考慮すると、反応種
の光励起された反応雰囲気にダイヤモンド粒がある程度
の時間は滞在することが必要である。
ンのラジカル分解を促進する光励起プロセスを用いると
反応系にSP3結合の反応種が占められ、光励起されてい
る雰囲気にはこの反応種が衝突を繰り返してSP3結合を
有する核が成長し、その結果、ダイヤモンド粒が得られ
る。ダイヤモンド粒の結晶の成長を考慮すると、反応種
の光励起された反応雰囲気にダイヤモンド粒がある程度
の時間は滞在することが必要である。
以上はＣＶＤ法のみだけでなくＰＶＤ法においても同様
の効果があり、例えば、イオン化蒸着法においては気体
に光線を照射してイオン化させたり、気体に光線を照射
してプラズマを発生させ、そのプラズマをスパッタ法や
イオンプレーティング法に適用することができる。
の効果があり、例えば、イオン化蒸着法においては気体
に光線を照射してイオン化させたり、気体に光線を照射
してプラズマを発生させ、そのプラズマをスパッタ法や
イオンプレーティング法に適用することができる。
本発明において照射する光線の波長は、気体の種類によ
って異なるが0.1〜20μｍの範囲の内から選ばれる一定
の波長のものである。
って異なるが0.1〜20μｍの範囲の内から選ばれる一定
の波長のものである。
即ち、各種の気体にはそれぞれに好適な波長値が存在す
るので、気体の種類に応じてそれらの一定波長値の光線
を照射するのであり、例えば気体がメタン（CH4）の場
合に好適な光線は、(1)0.18〜0.23μｍ、(2)1.2〜1.4μ
ｍ、(3)1.4〜2.0μｍ、(4)3.3〜3.6μｍの４種である。
るので、気体の種類に応じてそれらの一定波長値の光線
を照射するのであり、例えば気体がメタン（CH4）の場
合に好適な光線は、(1)0.18〜0.23μｍ、(2)1.2〜1.4μ
ｍ、(3)1.4〜2.0μｍ、(4)3.3〜3.6μｍの４種である。
表１に各種気体とそれに対応する光（レーザー光）波長
を列記する。
を列記する。
従って、本発明でいう「一定の波長」の意義は、例えば
2.1μｍの波長というような一点の値の波長のみを意味
するのではなく、0.1〜20μｍという本発明要旨の全域
範囲の中から選ばれると、一つのピークとなり得るよう
な極めて限られた範囲の波長域、例えば0.90〜0.97μ
ｍ、3.0〜4.0μｍのごとき狭小範囲の波長域のものをも
意味するのである。
2.1μｍの波長というような一点の値の波長のみを意味
するのではなく、0.1〜20μｍという本発明要旨の全域
範囲の中から選ばれると、一つのピークとなり得るよう
な極めて限られた範囲の波長域、例えば0.90〜0.97μ
ｍ、3.0〜4.0μｍのごとき狭小範囲の波長域のものをも
意味するのである。
本発明では0.1μｍ未満の光線は除外しているが、その
理由は、現在はそれが得られ難く、工業的に価値が低い
ためである。しかし将来、その光源が得られ易くなれ
ば、0.1μｍ以下の波長をもつ光も使用できると考えら
れる。
理由は、現在はそれが得られ難く、工業的に価値が低い
ためである。しかし将来、その光源が得られ易くなれ
ば、0.1μｍ以下の波長をもつ光も使用できると考えら
れる。
また、20μｍを越える光線を除外した理由は、そうした
光線ではそのエネルギーが0.06ev以下となり、効果が低
くなってしまうためである。
光線ではそのエネルギーが0.06ev以下となり、効果が低
くなってしまうためである。
本発明において使用する気体については、基本的には、
炭素を含む気体であって0.1〜20μｍの光を吸収するも
のであれば良い。実際には炭化水素、ハロゲン化炭素、
有機金属化合物、CO,CO2、アルコール等が挙げられる
が、ハロゲン化炭素は副産物として塩酸やフッ酸などの
強酸を生ずるために装置及び排気系が複雑となり、ま
た、有機金属化合物では金属が膜中に混入して高純度の
ダイヤモンド膜とはならない。CO,CO2、アルコールを用
いた場合は膜中に酸素が混入し易く、やはり高純度な粉
体とはならない。
炭素を含む気体であって0.1〜20μｍの光を吸収するも
のであれば良い。実際には炭化水素、ハロゲン化炭素、
有機金属化合物、CO,CO2、アルコール等が挙げられる
が、ハロゲン化炭素は副産物として塩酸やフッ酸などの
強酸を生ずるために装置及び排気系が複雑となり、ま
た、有機金属化合物では金属が膜中に混入して高純度の
ダイヤモンド膜とはならない。CO,CO2、アルコールを用
いた場合は膜中に酸素が混入し易く、やはり高純度な粉
体とはならない。
しかし、炭化水素は光吸収データも豊富で取り扱いやす
く好適である。就中、SP3結合から成る飽和炭化水素は
ダイヤモンドへの転換効果が良く、特にメタン（CH4）
が好ましい。
く好適である。就中、SP3結合から成る飽和炭化水素は
ダイヤモンドへの転換効果が良く、特にメタン（CH4）
が好ましい。
本発明によれば、核の生成及び成長にとって反応雰囲気
の圧力及び温度が重要である。
の圧力及び温度が重要である。
即ち、圧力が大きくなるのに伴ってガスの衝突頻度が高
くなるため、核の形成及び成長を促進することになり、
粒径が大きくなる。この圧力は0.1乃至100気圧の範囲に
設定するのが望ましく、0.1気圧未満であると粉体の合
成効率が低下し、100気圧を越えると反応室が大規模に
なって設備コストが大きくなり、更に所定の波長を有す
る光線を照射するためのコストも大きくなり、製造上不
向である。好適には0.3乃至10気圧の範囲に設定するの
がよい。
くなるため、核の形成及び成長を促進することになり、
粒径が大きくなる。この圧力は0.1乃至100気圧の範囲に
設定するのが望ましく、0.1気圧未満であると粉体の合
成効率が低下し、100気圧を越えると反応室が大規模に
なって設備コストが大きくなり、更に所定の波長を有す
る光線を照射するためのコストも大きくなり、製造上不
向である。好適には0.3乃至10気圧の範囲に設定するの
がよい。
また、反応ガス雰囲気の温度は２００乃至１１００℃の
範囲に設定することが重要である。これは、温度が２０
０℃より低いと非晶質炭素が生成され、１１００℃を越
えるとグラファイトが生成されたり、粉末状に生成され
ない等の問題が生じるためである。上記温度範囲に設定
する加熱法には、外部加熱法と光加熱法がある。
範囲に設定することが重要である。これは、温度が２０
０℃より低いと非晶質炭素が生成され、１１００℃を越
えるとグラファイトが生成されたり、粉末状に生成され
ない等の問題が生じるためである。上記温度範囲に設定
する加熱法には、外部加熱法と光加熱法がある。
かくして本発明の製法によればダイヤモンド生成用ガス
を用いて気相成長させるに際して、ガス雰囲気の圧力と
温度を所定の範囲内に設定すると共に0.1〜20μｍの範
囲の波長から選ばれる一定波長の光線を照射すると活性
ガス中の水素が分解脱離しながらダイヤモンド生成用の
核が発生し、結晶成長を行う。
を用いて気相成長させるに際して、ガス雰囲気の圧力と
温度を所定の範囲内に設定すると共に0.1〜20μｍの範
囲の波長から選ばれる一定波長の光線を照射すると活性
ガス中の水素が分解脱離しながらダイヤモンド生成用の
核が発生し、結晶成長を行う。
そして、本発明者等は種々の実験によりダイヤモンド生
成用の核が発生するのに要する時間、即ちSP3核の維持
時間は少なくとも１μsecであると考える。
成用の核が発生するのに要する時間、即ちSP3核の維持
時間は少なくとも１μsecであると考える。
（例１）第１図に示す通り、反応室(1)の壁に設けられ
た透光性の窓(2)を通し、レンズ系(3)により集光させな
がらレーザー光(A)及び(B)を投光して、以下の条件によ
りＣＶＤ法によってダイヤモンド粉末を生成した。
た透光性の窓(2)を通し、レンズ系(3)により集光させな
がらレーザー光(A)及び(B)を投光して、以下の条件によ
りＣＶＤ法によってダイヤモンド粉末を生成した。
照射光：レーザー光(A)波長1.32μｍ、焦点約10Kw/cm2 レーザー光(B)波長10.6μｍ、焦点約１MW/cm2 温度：500℃ 反応気体と供給量：メタン10cc/mm 圧力0.3〜１気圧 本例により0.1〜２μｍの粒径の粉体が生成され、Ｘ線
回折の結果ダイヤモンドのピークが確認できた。
回折の結果ダイヤモンドのピークが確認できた。
（例２）第２図に示す通り、レーザー光(C)を投光して
ダイヤモンド粉末を生成した。また反応室(1)の内部に
ヒーター(5)を設置してガスの加熱を行なった。
ダイヤモンド粉末を生成した。また反応室(1)の内部に
ヒーター(5)を設置してガスの加熱を行なった。
照射光：レーザー光(C)ArFエキシマレーザー波長0.193
μｍ 温度：600℃ 反応気体と供給量：メタン10cc/mm 水素10cc/mm 圧力：１〜100気圧 本例により0.5〜20μｍの粒径の粉体が生成され、Ｘ線
回折の結果、ダイヤモンドのピークが確認できた。
μｍ 温度：600℃ 反応気体と供給量：メタン10cc/mm 水素10cc/mm 圧力：１〜100気圧 本例により0.5〜20μｍの粒径の粉体が生成され、Ｘ線
回折の結果、ダイヤモンドのピークが確認できた。
（例３）第３図に示す通り、照射光として重水素ランプ
(4)を用いて反射鏡(6)により集光させる。
(4)を用いて反射鏡(6)により集光させる。
照射光：重水素ランプ、波長160〜400ｎｍ 温度：400℃ 反応気体と供給量：メタン10cc/mm 水素５cc/mm ヘリウム10cc/mm 圧力 0.5気圧 本例により0.2〜0.8μｍの粒径の粉体が生成され、Ｘ線
回折の結果、ダイヤモンドのピークが確認できた。
回折の結果、ダイヤモンドのピークが確認できた。
同様に低圧水銀ランプ（184.9ｎｍと253.7ｎｍの波長を
含む）を用いても0.1〜0.4μｍのダイヤモンド粉末が生
成できた。
含む）を用いても0.1〜0.4μｍのダイヤモンド粉末が生
成できた。
本発明においては0.1〜20μｍの範囲の波長から選択さ
れる気体の種類に応じて特定の波長の光線を気体に照射
することにより、SP3結合の炭素を効果的に生成させな
がら、ダイヤモンド粉末を生成させることができた。従
って低コストの製造装置を用いて連続的にダイヤモンド
粉末を合成することができた。
れる気体の種類に応じて特定の波長の光線を気体に照射
することにより、SP3結合の炭素を効果的に生成させな
がら、ダイヤモンド粉末を生成させることができた。従
って低コストの製造装置を用いて連続的にダイヤモンド
粉末を合成することができた。
更に、本発明の製法により得られたダイヤモンド粉末
は、研摩剤、平面研削板のダイヤモンドホイルの材料、
またダイヤモンド焼結体の原料に用いることができるた
め工具材料にも好適であり、種々の広範な分野に用いる
ことができる。
は、研摩剤、平面研削板のダイヤモンドホイルの材料、
またダイヤモンド焼結体の原料に用いることができるた
め工具材料にも好適であり、種々の広範な分野に用いる
ことができる。
第１図乃至第３図は本発明の実施例に用いられる製造装
置の概略図である。 １…反応室、２…窓 ３…レンズ系、Ａ，Ｂ，Ｃ…レーザー光
置の概略図である。 １…反応室、２…窓 ３…レンズ系、Ａ，Ｂ，Ｃ…レーザー光
Claims (1)
- 【請求項１】気相成長法によりダイヤモンドを合成する
方法であって、反応ガス雰囲気の温度が２００乃至１１
００℃の条件下で、ダイヤモンド生成雰囲気に０．１〜
２０μｍの範囲の波長から選ばれる一定波長の光線を照
射して光エネルギーによる化学反応を促進し、該雰囲気
中にダイヤモンドを含む粉末を生成せしめることを特徴
とするダイヤモンド粉末の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60094179A JPH0662357B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ダイヤモンド粉末の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60094179A JPH0662357B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ダイヤモンド粉末の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61251506A JPS61251506A (ja) | 1986-11-08 |
| JPH0662357B2 true JPH0662357B2 (ja) | 1994-08-17 |
Family
ID=14103106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60094179A Expired - Lifetime JPH0662357B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | ダイヤモンド粉末の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0662357B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3546113A1 (de) * | 1985-12-24 | 1987-06-25 | Santrade Ltd | Verbundpulverteilchen, verbundkoerper und verfahren zu deren herstellung |
| US5252174A (en) * | 1989-06-19 | 1993-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing substrates for depositing diamond thin films |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60112697A (ja) * | 1983-11-18 | 1985-06-19 | Agency Of Ind Science & Technol | ダイヤモンドの光化学的堆積合成方法およびその装置 |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP60094179A patent/JPH0662357B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61251506A (ja) | 1986-11-08 |
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