JPS60200896A - 繊維状ダイヤモンドの合成法 - 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】 本発明は繊維状ダイヤモンドの合成法、史に詳しくは常
圧以下の低圧領域において繊維状ダイヤモンドの合成法
に関する。

従来、常圧以下の低圧領域においてダイヤモンドを合成
する方法として、 １）、減圧下で炭化水素を６００〜１３００　℃に加熱
した基体の表面罠通じ、炭化水素を熱分解して遊離炭素
を生成せしめてダイヤモンドを析出させる化学気相析出
法。

２）、減圧下でアーク放電とスパッタリングを組合せて
、炭化水素を分解して炭素の正イオンビームを生成せし
め、これを加速、さらに集束して基板表面に衝突させて
ダイヤモンドを析出させるイオンビーム法。

５）、水素と炭化水素ガスの混合ガスに高周波またはマ
イクロ波プラズマを発生させ、プラズマの高エネルギー
の荷電粒子によって炭化水素の解離と同時に励起状態の
炭素原子または励起状態の炭化水素を生成させて基体表
面にダイヤモンドを析出させるプラズマ化学気相析出法
。

４）、容器中に黒鉛、基板及び水素を封入し、黒鉛を高
温部に、基板を低温部に設置し、水素ガスを熱的あるい
は放電によって原子状水素を生成せしめ、不均化反応を
利用して基板表面にダイヤモンドを析出させる化学輸送
法。

などが知られている。

しかし、これらの方法のうち、繊維状のダイヤモンドを
合成し得られたのは、前記１）の方法によって、基体と
してダイヤモンドを使用し、これにＮｉ　、　Ｆｅ　、
　Ｉｎの微粉末を付着させたものを使用した場合のみで
ある。

この化学気相析出法によると、次のような欠点がある。

１）、ダイヤモンドと黒鉛状炭素析出が同時に進行する
欠点があり、ダイヤモンドのみを析出する、には、析出
操作と酸素または水素ガスを導入して基板表面に析出し
た黒鉛状炭素を除去する操作とを周期的に繰返して行う
か、もしくは基板の加熱を間欠的に行わなければならな
い。従って析出速度がおそく、操作も面倒であった０２
）、また基板はダイヤモンドであることを必要としてい
た。

本発明は繊維状ダイヤモンドの合成において前記の欠点
を解消せんとするものであり、その目的は基板がダイヤ
モンド以外のものも使用し得られ、また、ダイヤモンド
の析出を簡単な操作で行い得うｊれる方法を提供するに
ある。

不発明者らは前記目的を達成すべく鋭春研究の結果、原
料として水素と炭化水素の混合ガスを使用し、２０００
℃以上に加熱フィラメントあるいはプラズマを用いて水
素及び炭化水素の励起・解離を行わしめ、これを加熱し
た基材の表面に１０００Å以下の遷移金属粉末を付着さ
せた基体の表面にダイヤモンドを析出させると、基材が
ダイヤモンドでなくとも繊維状ダイヤモンドが析出され
ることが分った。また、この方法によると従来法におけ
るような欠点がなく、容易に繊維状ダイヤモンドを合成
し得られることを究明し、これらの知見に基いて本発明
を完成した。

本発明の要旨は、水素と炭化水素の混合ガスを、２００
０℃以上に加熱されたフィラメントを用いて１００Ｔｏ
ｒｒ以下の減圧下あるいは高周波またはマイクロ波プラ
ズマを用い５００　Ｔｏｒｒ以下の減圧下で水素及び炭
化水素の励起、解離を行わしめ、５００〜１３００℃に
加熱された耐熱性基材表面に１０００λ以下の遷移金属
粉末を付着させた基体の表面にダイヤモンドを析出させ
ることを特徴とす４繊維状ダイヤモンドの合成法にある
。

本発明において用いる炭化水素としては、例えばメタ／
ｌエタン、ブタン、エチレン、アセチレン等の易揮発性
炭化水素が挙げられる０メクイは水素対炭化水素がモル
比で１００対０．３であるのが好ましい。

′反応室の圧力は高周波またはマイクロ波によるプ・ラ
ズマを用いる場合は、５ＱＱ　’Ｉ’ｏｒｒ以下、好ま
財Ｈ＜は２００　Ｔｏｒｒ以下、熱フィラメン　トを用
いる場合は％　１００　Ｔｏｒｒ以下、好ましくは５０
　Ｔｏｒｒ以下であることが必要である０プラズマ法で
は５００　Ｔｏｒｒ　、熱フィラメントを用いる場合、
１００Ｔｏｒｒを超えると、粒状結晶もしくは黒鉛状炭
素が析出する。

耐熱性基材としては、例えば、ｈｔ２ｏ、　、　Ｍｇｏ
。

ＢＮ　、　シリカガラス、　５ｙ−ｓＮａ　＋　ＺＩ’
０２　、Ｔ：ＬＯ２＋等が挙げられる。しかし、これに
限定されるものではす＜、加熱温度に耐えるものであれ
ばよい〇耐熱性基材の表面に付着させる遷移金属として
は、Ｆｅ　、　Ｃｏ　、　Ｎｉ　、　Ｔｉ　、　Ｍｏ　
、Ｏｒ　、　Ｚｎ　、　Ｖ　。

Ｍｎ　、　Ｙ　、　Ｚｒ　＋　Ｎｂ　＋　Ｔｃ　、　Ｈ
ｆ’　、　Ｔａ　、　Ｗ　、　Ｒｉ　＋Ｃｄ　、　Ｉｎ
　、　Ｐｂ　、　Ｂｉが挙げられるが、なかでも、炭素
と結合するか、炭素を溶解するもの、例えばＦｅ　、　
Ｇｏ　、　Ｎｉなどが好ましい。その粒径は１０００Å
以下であることが必要であり、それを超えると繊維状ダ
イヤモンドは析出しない。

本発明の方法を実施する装置を図面に基いて説明すると
、第１図はマイクロ波によって誘発したプラズマを用い
る場合、第２図は高周波によって誘発したプラズマを用
いる場合、第３図は熱フィラメントを用いた場合におけ
る概要装置を示す。

第１図において、１は反応ガス供給装置、２はマイクロ
波発振機、３は導波管、４は反応室、５は基材表面ＶＣ
遷移金属微粉末を付着させた基体、６は支持台、７は排
気装置、８，９，１０．１１は調整パルプを示す。反応
室４内の支持台６の上に基体５を置いた後、排気装置７
を作動し、調整バルブ８を調整して反応室４内を減圧に
すると共に、反応ガス供給装置１より調整バルブ９，１
０゜１１を通して水素及び炭化水素ガスの流量を調整し
、所定圧に保持する。次にマイクロ波発振機２を作動し
てマイクロ波無極放電を誘発する０これにより励起・解
離状態の水素・炭化水素を生成し、基体の表面に繊維状
ダイヤモンドが生長する０第２図は第１図のマイクロ波
発振機２に代え、高周波発振機１５を使用し、同軸ケー
ブル１２を通−）じて平行電極板１３に出力を与え、反
応室４内に、１ンラズマを誘発させる。１４は基体加熱
用ヒータ←である。他は第１図におけると同様にして、
基体５の表面に繊維状ダイヤモンドが生長する０なお、
平行電極板１３に代え、コイルを用いてもよい。

第３図は、第１図及び第２図において用いたプラズマに
代え、熱フィラメント１６を用い、電流を通じて２００
０℃以上に加熱することにより、水素及び炭化水素の励
起、解離を行わせる。１７は基体加熱用電気炉である。

他は第１図におけると同様にして基体の表面に繊維状ダ
イヤモンドが生長する。

実施例１゜ 第１図に示す装置を用い、反応室４内の基体支持台６の
上にアルミナ板に粒径３００人の鉄微粉末を付着させた
基体５を置き、反応室４内を排気装置７により排気した
後、水素にメタン０．３容量％を混合したガスを４０　
ｃｃ　／　ｍｉｎで流し、反応室４内を３０　Ｔｏｒｒ
に保持した０次にマイクロ発振機２を作動し、５００Ｗ
の出力を導波管３を通じて反応室４内に入射しプラズマ
を誘発させた０プラズマ空間で反応ガスの励起、解離及
び基体の加熱が行われ、５０時間析出を行ったところ、
長さ約１００μｍの繊維状ダイヤモンドが得られだ０実
施例２゜ 第２図の装置において、反応室４内の平行電極板１３上
にシリカガラス板に粒径５００人のニッケル微粉末を付
着させた基体５を置き、排気装置７で排気して反応室４
内を減圧にすると共に、ヒーター１４で基体５を８５０
℃に上昇させた０次に反応：ガス供給装置１より調整バ
ルブ９，１０，１１、；を１調整し、水素にメタン０．
４容量％を混合した混合ガスを毎分５０ＣＣで流し、排
気装置７を作動すると共に調整バルブ８を調整して反応
室４内を５０Ｔｏｒｒに保持した。次に高周波発振機１
５を作動し、９００Ｗの出力を同軸ケーブル１２を通じ
て平行電極板１３に与えプラズマを誘起させた。この空
間で反応ガスの励起、解離が行われ、５０時間析出を行
ったところ、長さ８０μｍの繊維状ダイヤ；モーンドが
得られた。

一実１施例３゜ ’：Ｙ：Ｓ第３図に示す装置を用い、反応室４内の支持
台６上にマグネシャ板に粒径約３００人のコバルトｍ粒
子を付着させた基体５を置き、排気装置７で排気して反
応室４内を減圧にし、加熱用電気炉１７を用いて基体５
を９２０℃に上昇させた。次に反応ガス供給装置１より
前記と同様にして、水素にメタン０．２容量％混合した
ガスを毎分８０ｃｃで流し、排気装置７により反応室４
内を４０　Ｔｏｒｒの圧力に保持した。次にフィラメン
ト１６に電流を通じフィラメント温度を２０００℃に上
昇させ、１０時間析出させたところ、約１０μｍの長さ
の繊維状ダイヤモンドが得られた。

以上のように、本発明の方法によると、ダイヤモンド以
外の基材の上にも繊維状ダイヤモンドが容易に合成し得
られ、しかも、複雑な操作を必要としないで、黒鉛等を
含まない繊維状ダイヤモンドが合成し得られる優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法を実施する装置の概要図で、第１図は
マイクロ波によって誘発したプラズマを用いる場合、第
２図は高周波によって誘発されたプラズマを用いる場合
、第３図は熱フィラメントによるガスの励起・解離を行
わせる場合を示す。 １：反応ガス供給装置、２：マイクロ波発振機、３：導
波管、　４：反応室、 ５：基体、　６：支持台、 ７：排気装置、 ８　、９　、１０　、１１　：調整用バルブ、１２：同
軸ケーブル、１３：平行電極板、１４：ヒーター、　１
５：高周波発振機、１６：フィラメント、１７：電気炉
０ 特許出願人　科学技術庁無機材質研究所畏１　゛ 後　藤　児。 旧・１　、−； 茶２１カ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水素と炭化水素の混合ガスを、２ｏｏｏ℃以上に加熱さ
   れたフィラメントを用いて１００　Ｔｏｒｒ以下の減圧
   下あるいは高周波またはマイクロ波プラズマを用い５Ｑ
   Ｑ　Ｔｏｒｒ以下の減圧下で水素及び炭化水素の励起、
   解離を行わしめ、５００〜１３ｏｏ℃に、加１熱された
   耐熱性基材表面に１０００　Ａ以下の遷移金；属粉末を
   付着させた基体の表面にダイヤモンド、を；析出させる
   ことを特徴とする繊維状ダイヤモンドの合成法。