JPS6253217B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6253217B2 JPS6253217B2 JP54153136A JP15313679A JPS6253217B2 JP S6253217 B2 JPS6253217 B2 JP S6253217B2 JP 54153136 A JP54153136 A JP 54153136A JP 15313679 A JP15313679 A JP 15313679A JP S6253217 B2 JPS6253217 B2 JP S6253217B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- temperature
- reaction chamber
- solvent metal
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/06—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
- B01J3/062—Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
- B01J2203/06—High pressure synthesis
- B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
- B01J2203/061—Graphite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
- B01J2203/06—High pressure synthesis
- B01J2203/065—Composition of the material produced
- B01J2203/0655—Diamond
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
- B01J2203/06—High pressure synthesis
- B01J2203/0675—Structural or physico-chemical features of the materials processed
- B01J2203/068—Crystal growth
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はダイヤモンドの合成方法に関するもの
である。ダイヤモンドを安定な高温高圧下におい
て第１図に示したような構成の反応室を用いて種
結晶ダイヤモンドより合成する方法は従来からよ
く知られている。
である。ダイヤモンドを安定な高温高圧下におい
て第１図に示したような構成の反応室を用いて種
結晶ダイヤモンドより合成する方法は従来からよ
く知られている。
即ち、第１図は従来の円筒状反応室の軸方向中
央断面を示したもので１が種となるダイヤモンド
結晶、２は溶媒金属、３は炭素供給源、４および
６は圧力媒体であり、５は円筒状のヒーターであ
る。
央断面を示したもので１が種となるダイヤモンド
結晶、２は溶媒金属、３は炭素供給源、４および
６は圧力媒体であり、５は円筒状のヒーターであ
る。
このような構成の反応室を一軸加圧式の超高圧
高温装置に入れ、ダイヤモンドが安定な高圧下で
５のヒーターに通電して加熱する。一般にこの様
式の装置と反応室の構成では反応室の上下方向へ
の熱の流出量が多いために反応室の軸方向中央部
が高温となり、上下端部との間に温度差が生じ、
これによる溶媒金属への炭素の溶解度差を利用し
て低温側である種結晶上にダイヤモンドを生長さ
せるのである。
高温装置に入れ、ダイヤモンドが安定な高圧下で
５のヒーターに通電して加熱する。一般にこの様
式の装置と反応室の構成では反応室の上下方向へ
の熱の流出量が多いために反応室の軸方向中央部
が高温となり、上下端部との間に温度差が生じ、
これによる溶媒金属への炭素の溶解度差を利用し
て低温側である種結晶上にダイヤモンドを生長さ
せるのである。
この第１図の構成のような反応室は、一軸加圧
式の超高圧高温装置を用いた場合に生ずる温度勾
配を巧みに利用したものであり、これは１個の種
結晶または多くても２〜３個の種結晶を使用して
大きなダイヤモンド単結晶を合成する場合には好
適な方法である。しかしながら、この方法では同
時に多数の結晶を合成する場合にはあまり経済的
な方法とはいえない。
式の超高圧高温装置を用いた場合に生ずる温度勾
配を巧みに利用したものであり、これは１個の種
結晶または多くても２〜３個の種結晶を使用して
大きなダイヤモンド単結晶を合成する場合には好
適な方法である。しかしながら、この方法では同
時に多数の結晶を合成する場合にはあまり経済的
な方法とはいえない。
超高圧、高温装置では装置内の超高圧、高温を
発生させる領域は極めて狭い範囲に限定されるた
め、装置の運転コストは非常に高くつくのであ
る。
発生させる領域は極めて狭い範囲に限定されるた
め、装置の運転コストは非常に高くつくのであ
る。
特に良質なダイヤモンド単結晶合成のためには
反応室内を一定の圧力、温度条件に保つて数日も
しくは一週間以上連続運転する必要があり、一回
当りの運転コストは極めて高い。従つて温度差を
利用した単結晶の合成においては使用可能な反応
室内容積を有効に活用する構成が必要である。
反応室内を一定の圧力、温度条件に保つて数日も
しくは一週間以上連続運転する必要があり、一回
当りの運転コストは極めて高い。従つて温度差を
利用した単結晶の合成においては使用可能な反応
室内容積を有効に活用する構成が必要である。
本発明は上記の点に鑑みて種々検討した結果得
られたもので、一軸加圧式の超高圧、高温装置に
限らず他の形式の装置にも適用可能であり、限定
された反応室容積を最も有効に活用して温度差を
利用したダイヤモンド単結晶の合成方法を提供す
るものである。
られたもので、一軸加圧式の超高圧、高温装置に
限らず他の形式の装置にも適用可能であり、限定
された反応室容積を最も有効に活用して温度差を
利用したダイヤモンド単結晶の合成方法を提供す
るものである。
本発明の方法を図面に基づいて説明する。
第２図は一軸加圧式超高圧、高温装置に適用す
る場合の本発明方法で用いる反応室構成を示した
ものであつて第１図と同じく軸方向断面図であ
り、第３図はその横断面図を示すものである。
る場合の本発明方法で用いる反応室構成を示した
ものであつて第１図と同じく軸方向断面図であ
り、第３図はその横断面図を示すものである。
まず反応室の中心部に加熱用ヒーター１５を設
ける。これにより反応室の温度勾配は反応室の中
心部が高く半径方向の外側では低くなる。
ける。これにより反応室の温度勾配は反応室の中
心部が高く半径方向の外側では低くなる。
種結晶ダイヤモンド１１を外側の圧力媒体１６
の内周部に配置し、これに接してダイヤモンド合
成のための溶媒金属１２、その内側に炭素供給源
１３を同心円状に配置する。なお１４はヒーター
１５と炭素供給源１３ほかを絶縁するための絶縁
スリーブである。
の内周部に配置し、これに接してダイヤモンド合
成のための溶媒金属１２、その内側に炭素供給源
１３を同心円状に配置する。なお１４はヒーター
１５と炭素供給源１３ほかを絶縁するための絶縁
スリーブである。
第１図の従来の方法における反応室の構成にお
いてはヒーター５の内側のみが反応室として有効
であり、且つ温度勾配は軸方向の中心部と上下に
生ずるため、ヒーター内部の一横断面のみが単結
晶の合成個所として利用されるにすぎないのであ
るが、第２図のような本発明方法における構成の
反応室では、ヒーター１５を中心部に置くことに
よつてその外側の広い領域を単結晶の合成個所と
して利用することができるのであり、このことに
より１回当りの合成数を飛躍的に多くすることが
可能である。第２図の構成では中心部が高温とな
り、半径方向へ向けて次第に温度が低下する。
いてはヒーター５の内側のみが反応室として有効
であり、且つ温度勾配は軸方向の中心部と上下に
生ずるため、ヒーター内部の一横断面のみが単結
晶の合成個所として利用されるにすぎないのであ
るが、第２図のような本発明方法における構成の
反応室では、ヒーター１５を中心部に置くことに
よつてその外側の広い領域を単結晶の合成個所と
して利用することができるのであり、このことに
より１回当りの合成数を飛躍的に多くすることが
可能である。第２図の構成では中心部が高温とな
り、半径方向へ向けて次第に温度が低下する。
この構成は原理的に一軸加圧式装置のみなら
ず、六面体アンビル装置、八面体アンビル装置等
の多軸加圧式装置にも適用可能である。
ず、六面体アンビル装置、八面体アンビル装置等
の多軸加圧式装置にも適用可能である。
一軸加圧式装置ではこの構成においても軸方向
の温度勾配が生ずるが、これは反応室の上下の断
熱を工夫するか、またはヒーターの抵抗を中央部
は低く、上下を高くすることによつて軽減するこ
とが可能である。
の温度勾配が生ずるが、これは反応室の上下の断
熱を工夫するか、またはヒーターの抵抗を中央部
は低く、上下を高くすることによつて軽減するこ
とが可能である。
本発明で用いる溶媒金属としてはFe、Ni、
Co、およびこれらを主成分とする合金があり、
このほかにCr、Mn、Al、Ｂ、Ti、Zr、Taなどの
元素を含有してもよい。
Co、およびこれらを主成分とする合金があり、
このほかにCr、Mn、Al、Ｂ、Ti、Zr、Taなどの
元素を含有してもよい。
ダイヤモンド結晶合成のための炭素供給源は純
粋な黒鉛またはダイヤモンドの粉末あるいはこれ
らの混合物を用いればよい。
粋な黒鉛またはダイヤモンドの粉末あるいはこれ
らの混合物を用いればよい。
ヒーターとしては黒鉛棒が好適である。
また絶縁スリーブとしてはAl2O3の管またはパ
イロフライト、BNの焼結体などが使用される。
イロフライト、BNの焼結体などが使用される。
圧力媒体は種結晶ダイヤモンドを設置する場所
をも兼ねるもので、パイロフライトやNaCl等が
適している。
をも兼ねるもので、パイロフライトやNaCl等が
適している。
ダイヤモンド合成の条件は種結晶部および炭素
供給源の何れもがダイヤモンドが安定な圧力、温
度条件内にあり、且つ用いる溶媒金属と炭素の共
晶温度以上であることが必要であり、種結晶部と
炭素供給源との温度差は10〜50℃の範囲に保つこ
とにより良好な結晶が得られる。
供給源の何れもがダイヤモンドが安定な圧力、温
度条件内にあり、且つ用いる溶媒金属と炭素の共
晶温度以上であることが必要であり、種結晶部と
炭素供給源との温度差は10〜50℃の範囲に保つこ
とにより良好な結晶が得られる。
第１図の従来の炭素室の構成に比較して第２図
の本発明で用いる炭素室の構成では種結晶部と炭
素供給源との温度差が大きくなりやすいが、圧力
媒体の熱的特性を考慮し、また各部分の肉厚を適
切に設計するならば前記した温度差を保つことが
できる。
の本発明で用いる炭素室の構成では種結晶部と炭
素供給源との温度差が大きくなりやすいが、圧力
媒体の熱的特性を考慮し、また各部分の肉厚を適
切に設計するならば前記した温度差を保つことが
できる。
さらに第１図の従来の反応室構成においては同
図の軸方向上の領域は下部と同様の対照的な構成
が可能のように考えられるが、この場合は軸方向
中央部が高温となるため、温度差による溶媒金属
の比重差と炭素濃度差によつて生じる比重差の双
方が同一方向に作用して溶融した溶媒金属の対流
が起るために安定した結晶生長条件が維持し難
い。
図の軸方向上の領域は下部と同様の対照的な構成
が可能のように考えられるが、この場合は軸方向
中央部が高温となるため、温度差による溶媒金属
の比重差と炭素濃度差によつて生じる比重差の双
方が同一方向に作用して溶融した溶媒金属の対流
が起るために安定した結晶生長条件が維持し難
い。
このため第１図の構成では反応室の下部のみが
使用されるのである。
使用されるのである。
これに対して本発明で用いる反応室の構成にお
いては、重力の作用方向と温度差の方向が異なる
ため、このような対流は生じ難い。
いては、重力の作用方向と温度差の方向が異なる
ため、このような対流は生じ難い。
しかしこのような対流が問題となる場合は、第
４図に示したように反応室に仕切１７を設けるこ
とで軽減することが可能である。
４図に示したように反応室に仕切１７を設けるこ
とで軽減することが可能である。
なお第４図では種結晶ダイヤモンドの設置場所
１６′と圧力媒体１６とは異種材料で構成するこ
とができる。
１６′と圧力媒体１６とは異種材料で構成するこ
とができる。
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例 １
反応室は第２図に示すような構成とし、ヒータ
ーとして直径2.5mmの黒鉛棒を用い、その外側に
外径3.5mm、内径2.5mmのAl2O3製の絶縁スリーブ
を置いた。溶媒金属として外径16mm、内径10mmの
Fe−42Ni製の円筒を使用し、前記スリーブとこ
の溶媒金属との間を325／400メツシユの合成ダイ
ヤモンドと人造黒鉛粉末を重量で３：１に混合し
た粉末で充填した。種結晶として35／40メツシユ
の合成ダイヤモンドをパイロフイライト製の円筒
状圧力媒体の内面に横断面でみて１段目を180度
間隔に埋込んだ次の段は60度ずらして同じく180
度間隔に埋込んだ。このようにして合計６段計18
ケの種結晶を使用した。この構成体をガードル型
超高圧装置を用いて加圧し、55Kbの圧力を加
え、次いでヒーターに通電して温度1400℃まで加
熱した。
ーとして直径2.5mmの黒鉛棒を用い、その外側に
外径3.5mm、内径2.5mmのAl2O3製の絶縁スリーブ
を置いた。溶媒金属として外径16mm、内径10mmの
Fe−42Ni製の円筒を使用し、前記スリーブとこ
の溶媒金属との間を325／400メツシユの合成ダイ
ヤモンドと人造黒鉛粉末を重量で３：１に混合し
た粉末で充填した。種結晶として35／40メツシユ
の合成ダイヤモンドをパイロフイライト製の円筒
状圧力媒体の内面に横断面でみて１段目を180度
間隔に埋込んだ次の段は60度ずらして同じく180
度間隔に埋込んだ。このようにして合計６段計18
ケの種結晶を使用した。この構成体をガードル型
超高圧装置を用いて加圧し、55Kbの圧力を加
え、次いでヒーターに通電して温度1400℃まで加
熱した。
この温度はAl2O3スリーブの外側で反応室軸方
向中央部の温度である。
向中央部の温度である。
この条件に20時間保持したのち加熱を停止し、
減圧後に試料を取出したところ中央部４段合計12
個の種結晶ダイヤモンド上に平均して35mg／個の
単結晶ダイヤモンドが生長していた。
減圧後に試料を取出したところ中央部４段合計12
個の種結晶ダイヤモンド上に平均して35mg／個の
単結晶ダイヤモンドが生長していた。
実施例 ２
実施と同様の構成の反応室を用いた。
上下方向の温度差を軽減するために反応室の上
下端部に圧力媒体と同一の外径を有し、厚さ３mm
で中央部にヒーターを差込む孔を有するパイロフ
イライト製の断熱円板を置いた。その他は実施例
１と同一条件で合成を行つた。取出した試料を調
べると６段18個の種結晶ダイヤモンド上に全て単
結晶ダイヤモンドが生長していた。そしてこのダ
イヤモンドの平均重量は40mgであり、最大のもの
は60mgであつた。
下端部に圧力媒体と同一の外径を有し、厚さ３mm
で中央部にヒーターを差込む孔を有するパイロフ
イライト製の断熱円板を置いた。その他は実施例
１と同一条件で合成を行つた。取出した試料を調
べると６段18個の種結晶ダイヤモンド上に全て単
結晶ダイヤモンドが生長していた。そしてこのダ
イヤモンドの平均重量は40mgであり、最大のもの
は60mgであつた。
実施例 ３
325メツシユ以下のFe、Ni、Al粉末を夫々56.3
％、46.7％、3.0％となるよう配合し混合した。
これを型押成形して1000℃で焼結し、外径16mm、
内径10mm、高さ7.5mmの円筒を作成し、これを溶
媒金属として用いた。反応室は第４図に示す構成
とし、仕切板１７として厚み1.7mmのAl2O3板を使
用した。また種結晶ダイヤモンドは外径20mm、内
径16mmのNaCl製の円筒の内面に埋込んだ。その
他は実施例１におけると同様とし、圧力55Kb、
1400℃で40時間保持した。
％、46.7％、3.0％となるよう配合し混合した。
これを型押成形して1000℃で焼結し、外径16mm、
内径10mm、高さ7.5mmの円筒を作成し、これを溶
媒金属として用いた。反応室は第４図に示す構成
とし、仕切板１７として厚み1.7mmのAl2O3板を使
用した。また種結晶ダイヤモンドは外径20mm、内
径16mmのNaCl製の円筒の内面に埋込んだ。その
他は実施例１におけると同様とし、圧力55Kb、
1400℃で40時間保持した。
取出した試料を調べたところ18個の種結晶ダイ
ヤモンドの中で15個に単結晶ダイヤモンドが生長
しており、最大のものは一辺約３mmで100mgの重
量であつた。生長したダイヤモンドの合計重量は
900mgであつた。
ヤモンドの中で15個に単結晶ダイヤモンドが生長
しており、最大のものは一辺約３mmで100mgの重
量であつた。生長したダイヤモンドの合計重量は
900mgであつた。
第１図は種結晶ダイヤモンド上へ単結晶ダイヤ
モンドを生長させるために用いる反応室の従来の
構成を示す縦断面図、第２図、第３図は本発明の
方法にて用いる改良された反応室の一実施例の構
成を示すものであつて第２図はその軸方向の縦断
面図、第３図は横断面図を示し、第４図は他の実
施例を示す縦断面図である。 １１……種結晶ダイヤモンド、１２……溶媒金
属、１３……炭素供給源、１５……加熱用ヒータ
ー、１６……圧力媒体。
モンドを生長させるために用いる反応室の従来の
構成を示す縦断面図、第２図、第３図は本発明の
方法にて用いる改良された反応室の一実施例の構
成を示すものであつて第２図はその軸方向の縦断
面図、第３図は横断面図を示し、第４図は他の実
施例を示す縦断面図である。 １１……種結晶ダイヤモンド、１２……溶媒金
属、１３……炭素供給源、１５……加熱用ヒータ
ー、１６……圧力媒体。
Claims (1)
- １ 反応室の中心の軸方向に加熱用ヒーターを配
置し、これより外側に炭素供給源、さらにその外
側に溶媒金属層を配置し、該溶媒金属層の外周部
に接触する位置に複数個の種結晶ダイヤモンドを
置き、この全体を超高圧高温装置内に入れ、ダイ
ヤモンドが安定な高圧下で溶媒金属と炭素の共晶
温度以上となるように前記加熱用ヒーターで加熱
し、反応室内に生じる中心部より半径方向へ向か
う温度勾配による溶媒金属への炭素の溶解度差を
利用して種結晶ダイヤモンドよりダイヤモンドを
生長させることを特徴とするダイヤモンドの合成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15313679A JPS5678410A (en) | 1979-11-26 | 1979-11-26 | Synthesis of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15313679A JPS5678410A (en) | 1979-11-26 | 1979-11-26 | Synthesis of diamond |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5678410A JPS5678410A (en) | 1981-06-27 |
| JPS6253217B2 true JPS6253217B2 (ja) | 1987-11-09 |
Family
ID=15555782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15313679A Granted JPS5678410A (en) | 1979-11-26 | 1979-11-26 | Synthesis of diamond |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5678410A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6357408A (ja) * | 1986-08-28 | 1988-03-12 | Satake Eng Co Ltd | 揚穀機の穀粒破砕防止装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59164605A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-17 | Showa Denko Kk | ダイヤモンド合成法 |
| JPS59169918A (ja) * | 1983-03-14 | 1984-09-26 | Showa Denko Kk | ダイヤモンド合成法 |
| US5273730A (en) * | 1988-03-08 | 1993-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of synthesizing diamond |
| CN102764612A (zh) * | 2012-08-21 | 2012-11-07 | 中南钻石股份有限公司 | 一种人造金刚石合成结构 |
-
1979
- 1979-11-26 JP JP15313679A patent/JPS5678410A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6357408A (ja) * | 1986-08-28 | 1988-03-12 | Satake Eng Co Ltd | 揚穀機の穀粒破砕防止装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5678410A (en) | 1981-06-27 |
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