DE69617548T2

DE69617548T2 - Hydrophile Diamantteilchen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69617548T2
Application number: DE69617548T
Authority: DE
Inventors: Akimitsu Hatta; Akio Hiraki; Satoru Hosomi; Hiroshi Ishizuka; Toshimichi Ito; Hiroshi Makita; Kazuhito Nishimura
Original assignee: Ishizuka Research Institute Ltd
Current assignee: Ishizuka Research Institute Ltd
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: ATE210073T1; KR970006164A; US6337060B1; KR100248573B1; DE69617548D1

Description

Diese Erfindung betrifft feine, hydrophile Diamantpartikel, wie in Anspruch 1 angezeigt, welche effektiv eine Einteilchenschicht bereitstellen, wenn sie in Schmierungs-, Oberflächenmodifikations- und Schleifanwendungen, etc., verwendet werden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur effektiven Herstellung einer solchen Diamantform, wie in Anspruch 4 angezeigt.
Auf dem Markt sind feine Diamantpulver, die eine durchschnittliche Solipartikelgrösse von weniger als einem Mikrometer aufweisen, als Schleifmedium und sogar superfeine Pulver von 5 nm (Nanometer) für Schmierung-, Oberflächenmodifikations- und Polieranwendungen erhältlich. Sie werden oft zusammen mit einem bestimmten Dispersionsmedium verwendet, um eine einheitliche Abscheidung einer Einteilchendicke auf einem Trägerkörper oder eine gleichmässige Verteilung von einzelnen Teilchen in einer Matrix zu erreichen.
Diamantpartikel befinden sich aufgrund einer Verbindung mit unterschiedlichen Atomen oder Gruppen oft auf einem erniedrigten Oberflächenenergieniveau, obwohl die Oberflächen manchmal aus miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen bestehen können. Folglich werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Diamantpartikeln zusätzlich zu ihren Volumeneigenschaften durch ihren Oberflächenzustand beeinflusst, zunehmend mit einer Abnahme der Partikelgrösse und im Wesentlichen für Submikrongrössen. Somit hängt die Trockenagglomeration und insbesondere die Affinität der Partikel für wässrige oder ölige Medien im Wesentlichen von den Atomen oder Gruppen ab, die adsorbiert an oder kombiniert mit Kohlenstoffatomen in der Oberflächenschicht vorliegen. Mögliche Atome oder Gruppen werden zusammen mit den Methoden zu deren Herstellung durch N.V. Novikov in "The Physical Properties of Diamond", Naukova Dumka (1987) aufgelistet und beschrieben.
Feine Diamantpulver werden herkömmlicherweise durch das Mahlen von groben Partikeln von entweder natürlichem oder synthetischem Ursprung hergestellt, wobei die letzteren durch statische Kompression in einer hydraulischen Presse bei hohen Temperaturen oder durch dynamische Kompression mittels einer Explosionsdetonation hergestellt werden. Die resultierenden natürlichen oder synthetischen Partikel weisen einen Satz von bestimmten Eigenschaften auf, die mit dem unterschiedlichen Satz von physikalischen und chemischen Verfahren, denen sie auf dem Weg zu den Endprodukten unterzogen werden, variieren.
Diamant aus einer hydrostatischen Presse enthält beispielsweise metallische oder nicht-metallische Substanzen, die von in dem Verfahren verwendeten Fluss- und Probeakkommodationsmaterialien stammen und die im Kristall als Verunreinigung vorkommen. Einige Verunreinigungsformen können entfernt und das Pulver kann bis zu einem Grad gereinigt werden, da die Partikel während dem Brechverfahren vorzugsweise bei Kristallfehlern abbröckeln oder sich aufspalten und die Fremdsubstanz im Inneren freigelegt wird, die während der Säurebehandlung aufgelöst wird. Es gibt jedoch andere Verunreinigungen, umfassend Chrom aus der Brechmaschine und Graphit, welche unverbraucht und eingeschlossen in den Partikeln verbleiben, die dann durch die Spaltung freigelegt oder abgegeben werden. Unlöslich in Säuren, akkumulieren diese in der Lösung und begleiten die feinste Korngrössenklasse bei deren Wiedergewinnung. Als Ergebnis zeigen die Klasse Null Diamantpulver, die das Feingutende enthalten, aufgrund dieser Verunreinigungen oft eine hell- bis dunkelgraue Farbe.
Wie für das dynamische Kompressionssyntheseverfahren, dessen Wirkungsweise nicht vollständig verstanden ist, enthalten feine Diamantpulver Verunreinigungen, deren Ursprung nicht immer identifiziert wurde. Es gibt jedoch neben Graphit einige Elemente, die offensichtlich vom Probeaufnahmegefässmaterial oder wenigstens vorn Matrixmaterial des Verfahrens stammen sollten.
Synthetische Diamanten können im Allgemeinen etwas hydrophiler sein als natürliche, als Resultat der Behandlungen, denen erstere unterzogen werden, bevor sie mit oder in verschiedenen chemischen Lösungen, die auf der Partikeloberfläche mit Kohlenstoffatomen verbundene Sauerstoffatome oder Hydroxygruppen hinterlassen können, als einzelne Partikel isoliert werden. Eine solche Eigenschaft verursacht jedoch sogar ein Problem bei der Herstellung einer reproduzierbaren Mikronkorngrössenaufteilung durch Beeinflussung der Stoke'schen Beziehung zwischen der Partikelgrösse und der Sedimentationsrate im Schlämmverfahren. Wenn dies so ist, befinden sich die behandelten Diamantpartikel im Allgemeinen nicht in einem Oberflächenzustand, der in einem polaren Lösungsmittel, wie Wasser oder Alkohol, eine stabile Suspension oder Dispersion bilden würde.
Neben Sauerstoff- und Hydroxyatomen und -gruppen wurde das Vorkommen von mehreren Elementen als Verunreinigungen durch ICP-Spektrometrie oder anorganische qualitative Analyse nachgewiesen. Diese schliessen Si, Al, Fe, Cr, Mn, Cu, Ca, S und C ein. Es scheint, dass einige von diesen irgendwie mit der Diamantpartikeloberfläche interagieren, ganz gleich welches Herstellungsverfahren verwendet wird und eine Agglomeration der Partikel in einer wässrigen Umgebung verursachen. Folglich bewirken die Verunreinigungen, dass die meisten der gegenwärtig verfügbaren feinen Diamantpulver zur Agglomeratbildung neigen, die in einem polaren oder nichtpolaren Medium, selbst unter Ultraschallvibration, beinahe unmöglich ganz abzubauen ist. Es wird weiter beobachtet, dass solche feinen Partikel, wenn sie einmal separiert sind, sich sogleich anhäufen und wieder agglomerieren und zu sedimentieren beginnen.
Feine Diamantpulver stellen vielversprechende Materialien für eine Verwendung in tribologischen Anwendungen und Schleifanwendungen, sowie in einer Oberflächenmodifikation, dar, wenn sie erfolgreich in einzelne Partikel aufgetrennt und in einer Matrix verteilt oder auf einen Trägerkörper aufgetragen werden können. Während es so zu verstehen ist, dass eine solche Eigenschaft entweder durch das Eliminieren der obigen Wechselwirkung oder durch das Verbessern der Benetzbarkeit der Diamantoberfläche mit dem verwendeten Medium erreicht werden kann, waren keine wirksamen Methoden für diese Zwecke verfügbar.
Metall- oder Keramikmaterialien, die mit feinen Diamantpartikeln beschichtet sind, können als ein verschleissbeständiges Material verwendet werden. Es ist jedoch wesentlich beispielsweise die Diamantpartikel in einer stabilen Suspension zu halten, wobei sich die Diamantkonzentration oder die Partikelverteilung während des Abscheidungsverfahrens nicht verändert.
Darum stellt es einen der hauptsächlichen Gegenstände der Erfindung dar, feine Diamantpartikel mit einer derart verbesserten Oberflächenbeschaffenheit bereitzustellen, dass sie eine stabile, einheitliche Suspension oder Dispersion in einem herkömmlichen Medium, wie Wasser und Alkohol, bilden können.
Ein anderer Gegenstand ist es, ein wirksames Verfahren zur Herstellung von hydrophilen feinen Diamantpartikeln durch chemisches Modifizieren der Beschaffenheit der Partikeloberfläche bereitzustellen, während gleichzeitig Verunreinigungen und Fremdmaterialien, welche zusammen mit dem Diamanten vorkommen, entfernt werden.
In der Erfindung werden Diamantpartikel durch Aufkochen in einem Behandlungsfluid aus einer Schwefelsäurelösung, die insbesondere von konzentrierter oder rauchender Natur ist, bei einer Temperatur von mehr als 200ºC, die vorzugsweise 250ºC oder mehr beträgt, behandelt. Somit werden hydrophile feine Diamantpartikel mit auf der Oberfläche gebildeten hydrophilen Atomen und/oder Gruppen erzeugt und wiedergewonnen, während Verunreinigungen und Fremdmaterial zwischen den Partikeln oder von der Oberfläche in einer chemisch abgebauten Form entfernt werden und in Lösung gehen.
Das Behandlungsfluid kann weiter eine oder mehrere ausgewählt aus Salpeter-, Perchlor- und Permangan- oder anderen anorganischen Säuren als Oxidationsmittel, wie auch Kalium oder andere Metallnitrate, umfassen. Sie werden im Wesentlichen in Kombination mit konzentrierter oder rauchender Schwefelsäure verwendet, um einen entsprechenden Effekt bei tieferen Temperaturen zu erzielen.
Mit feineren Partikeln sind die Ergebnisse berechenbarer und die Erhöhung der Suspensionsstabilität ist grösser. Grobe Partikel sind schwerkraftsanfälliger und lassen sich somit in einem Medium schwieriger für eine ausreichende Zeitspanne in einer guten Suspension halten. Folglich verwendet das Verfahren der Erfindung durchschnittliche Partikelgrössen von 2 um (Mikrometer) oder weniger und die behandelten Diamantpartikel werden bei einer Grösse von 2 um für wenigstens 30 Minuten und bei einer Grösse von 1 um oder weniger für mehr als 2 Stunden in reinem Wasser praktisch ohne Sedimentation als Suspension gehalten. Noch feinere Partikel können eine noch längere Suspensionsverweilzeit von beispielsweise mehr als 24 Stunden für eine Grösse von 200 Nanometer oder weniger aufweisen. Eine Suspensionszeit von 6 Stunden oder mehr kann mit solchen ultrafeinen Partikeln auch in einer sauren, wässrigen pH 4,0-Lösung einer anorganischen Säure erreicht werden. Eine hydrophile Diamantoberfläche, die eine solche gute Suspension zulässt, wird durch das Verfahren der Erfindung mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt.
Da herkömmlicherweise polare Medien, wie Wasser und Alkohol, in denen die Diamantpartikel verteilt werden, benützt werden, sollte letzterer favorisiert werden, da er vielseitiger anwendbar ist, wenn sie von hydrophiler Beschaffenheit und gleichzeitig frei von Verunreinigungen oder Fremdmaterial auf oder zwischen den Partikeln sind. Wenn unreine Diamantpartikel in einem sauren Medium zur Agglomeratbildung neigen, kann eine alkalische Lösung nicht immer, sondern nur manchmal, für das Beibehalten der Partikel in Suspension verwendet werden.
Die Verteilung der Diamantpartikel in einem wässrigen Medium wird auch beeinflusst durch die Gegenwart von einigen Ionenspezies. Somit wird die Hydrophilizität in der Erfindung im Wesentlichen anhand der Suspensionssfiabilität oder der Zeitspanne, für welche die Suspension in einem reinen, wässrigen Medium aus deionisiertem oder destilliertem Wasser bei pH = 7,0 beibehalten wird, bestimmt.
Die Diamantpartikel dieser Erfindung werden im Wesentlichen durch das Bereitstellen von feinen Diamantpartikeln einer APS von 2 um oder weniger, das Einbringen und das Erhitzen der Diamantpartikel in einem Oxidationsmedium bei einer Temperatur von wenigstens 200ºC und vorzugsweise 250ºC hergestellt, wodurch hydrophile Atome und/oder funktionelle Gruppen, wie beispielsweise C=O und OH auf der Oberfläche des Diamanten bereitgestellt werden. Verunreinigungen und Fremdmaterial werden gleichzeitig auch entfernt.
Mit Partikelgrössen von weniger als 1 um sollte die Behandlungstemperatur 350ºC nicht übersteigen, da ein Oxidationsverlust bei dieser Temperatur und höheren Temperatur zu verzeichnen ist.
Für gröbere Partikel, die grösser als 1 um sind, wird eine höhere Temperatur von 400ºC aufgrund der Verfügbarkeit der Gerätematerialien und der Prozesskontrollierbarkeit als obere Grenze angesehen, obwohl der Oxidationsverlust nur bei ungefähr über 500ºC signifikant wird.
Bei der Schwefelsäurebehandlung der Erfindung werden Metallverunreinigungen und Graphit durch SO&sub3; oxidiert, um als Sulfat in Lösung zu gehen und einen gasförmigen Prozess zu bilden. Eine stark saure, wässrige Lösung, die durch Verdünnen der Behandlungslösung mit Wasser nach Beendigung des Prozesses entsteht, ist hochwirksam bei der Entfernung von Metallverunreinigungen und somit der wahrscheinlichen Kristallisation keime und Ursprünge der Partikelagglomeration. Gleichzeitig werden sich Sauerstoffatome mit Kohlenstoffatomen verbinden, um C=O-Bindungen oder weiter durch anschliessende Hydratation auf den behandelten Diamantpartikeln OH-Gruppen zu bilden, die sich als Resultat wahrscheinlich eine hydrophile Natur erwerben sollten. Solche Effekte sind offensichtlicher mit feineren Partikeln mit einer stabilen Suspension in einer sauren pH 4,0-Lösung einer anorganischen Säure, die bei einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 200 nm oder weniger für wenigstens 6 Stunden beibehalten wird.
Salpeter-, Perchlor-, Chrom- und Permangansäure, wie auch Kalium- oder andere Metallnitrate, sind als Oxidationsmittel einzeln oder in Kombination erhältlich und werden zu der Grundlösung aus Schwefelsäure gegeben, um die Behandlungstemperatur zu verringern. In Gegenwart des Oxidationsmittels kann davon ausgegangen werden, dass ein entsprechender Prozess, wie in dem oxidationsmittelfreien Fluid, jedoch bei tieferen Temperaturen, abläuft, da eine Oberflächenanalyse das Vorhandensein von C=O und OH anzeigte.
Es ist nicht essentiell für die Erfindung, sondern fakultativ wenn gewünscht, dass eine zusätzliche Behandlung mit Perchlor-, Flusssäure oder einem geschmolzenen alklischen Salz entweder vor oder nach der Schwefelsäurebehandlung durchgeführt werden kann, um hauptsächlich Graphit, Siliciumdioxid, beziehungsweise Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, zu entfernen.
Das hydrophile feine Diamantpulver der Erfindung weist eine gute Beständigkeit gegenüber einer Agglomerationsbildung auf: sobald es in Wasser gegeben wird, dispergiert es offensichtlich in einzelne Partikel, um ein trübes Fluid zu bilden. Tatsächlich legt eine Partikelgrössenmessung nahe, dass sie vollständig als einzelne Partikel oder kleine Partikelagglomerate verteilt vorliegen und folglich sind sie mit hydrophilen Atomen oder Gruppen bedeckt. Das Aufschliessen des Pulvers, beispielsweise durch Ultraschallvibration, ist üblicherweise nicht nötig.
Da die oben beschriebenen Diamantpartikel der Erfindung in einer Suspension praktisch einzeln oder als Partikel, die nur zu einem geringen Grad agglomeriert sind, vorliegen, können sie verwendet werden, um eine Einpartikelschicht oder eine Mischung von hoher Einheitlichkeit mit einer anderen partikulären Substanz zu bilden. In diesem Fall kann die Konzentration wie benötigt eingestellt werden oder es kann bei der Herstellung eines Kunststoffes unter Verwendung eines Lösungsmittels, das eine gegenseitige Löslichkeit mit Wasser aufweist, eine homogene Mischung mit einem Monomer erreicht werden.
Das Diamantpulver der Erfindung kann auf mehrere Arten verwendet werden. Ein Ausgangsmaterial für herkömmliches Diamantpulver in Clusterform kann mit der oben beschriebenen Methode behandelt werden, um eine Suspension in einer Wasser/Alkohol-Mischung herzustellen. Eine Siliciumfolie wird eingetaucht, um eine Schicht feine Diamantpartikel darauf abzulagern und wird in einem Diamant-CVD-Verfahren als ein Substrat mit einer hohen Konzentration von Keimbildungsstellen verwendet.
Bei einer ähnlichen Methode kann beispielsweise eine Metall- oder Kunststofffolie in eine Suspension von submikronischen Diamantpartikeln eingetaucht oder damit bestrichen werden, um eine Schleiffolie herzustellen, das im Wesentlichen frei von Unregelmässigkeiten bezüglich der Partikelgrösse oder Verteilung ist.
Ein Schleifwerkzeug mit einigen mikrometergrossen Diamantpartikeln, die einheitlich in der Matrix verteilt sind, kann hergestellt werden, indem zuerst eine Suspension von behandelten Diamantpartikeln hergestellt wird, die dann mit einem Fluid oder Pulver des Matrixmaterials gemischt wird.
Die Erfindung wird nun durch Beispiele veranschaulicht, in denen der Startpunkt der Sedimentation als die Zeitspanne definiert ist, bis bei der Beobachtung einer 25 ml-Probensuspension, die vom Volumen abgenommen wurde, welches aus 200 mg Diamantpartikeln in 100 ml reinem Wasser mit pH = 7,0 hergestellt wurde, in einem Reagenzglas beim Stehenlassen ein klares oberes Ende erkennbar wird. Die Partikelgrössen für die 300 nm- oder geringeren Grössen werden mittels Zentrifugalsedimentation bestimmt, während eine Laserdiffraktionsstreuungsmethode für die gröberen Partikel verwendet wurde.

Beispiel 1

Als Ausgangsmaterial wurde ein kommerzieller Clusterdiamant der durchschnittlichen Sollgrösse von 5 nm verwendet. Dieser stellte sich bei der Betrachtung mit einem Lichtmikroskop bei einer Vergrösserung von 400 als dunkelbraunes Pulver von aggregierten Sekundärpartikeln dar. Sie wurden Ultraschallvibrationen in Wasser oder Aceton ausgesetzt, doch war es fast unmöglich, sie in Einzelpartikel aufzuschliessen. Tatsächlich häuften sie sich gleich wieder an und begannen zu sedimentieren, nachdem es eine Zeit lang den Anschein machte, als ob sie separiert wären. Sie wurden wieder in konzentrierter Schwefelsäure auf ungefähr 100ºC für 2 Stunden erhitzt und vollständig mit Wasser abgespült. Wenn man sie in reines Wasser einbrachte, begannen sie jedoch nach einigen Minuten zu sedimentieren.
20 Gramm solcher Diamantpartikel wurden in einen Kolben gegeben, der mit 200 ml einer Mischung aus 5% HNO&sub3; konz. und 95% H&sub2;SO&sub4; konz. gefüllt war, einer Ultraschallvibration ausgesetzt, um sie aufzuschliessen und dann bei 300ºC bis 320ºC für 2 Stunden erhitzt. Das saure Medium wurde nach dem Abkühlen mit einem ausreichenden Volumen an Wasser verdünnt, in einer Separatorzentrifuge abgetrennt, mit Wasser abgespült und getrocknet. Als Resultat wurde ein gräulich-braunes, feines Pulver wiedergewonnen. Wenn man es einfach in reines Wasser einbrachte, verteilte es sich ohne Ultraschallvibrationen sofort in fast nicht-erkennbare Partikel, um ein gräuliches Fluid zu bilden, die in Suspension gehalten und vor dem Absinken bewahrt wurden und über 72 Stunden praktisch keine Veränderung zeigten.
Dann wurde Schwefelsäure zu der Suspension gegeben, um den pH auf 4,0 einzustellen und einen leichten Säuregehalt vorzugeben. Nach 12 Stunden war keine bemerkbare Sedimentation festzustellen und eine stabile Suspension wurde auch in diesem Fall mit mässigem Säuregehalt erhalten.
Dann wurde der Diamant für eine Keimbildungsentstehung in einem CVD- Verfahren verwendet. 0,1 Gramm eines behandelten Clusterdiamanten, wurden zu 1 Liter reinem Wasser gegeben. 1 Volumenanteil der Suspension wurde weiter mit 2 Teilen Methylalkohol gemischt, um das Behandlungsfluid herzustellen, in das eine Siliciumfolie kurz eingetaucht wurde, mit einem Haartrockner getrocknet und in eine Kammer für ein Mikrowellenplasmadiamant-CVD-Verfahren eingebracht wurde. Nach 10 Minuten erkannte man eine ungefähr 50 nm dicke einheitliche Abscheidung. Die nach den ersten 5 Minuten bestimmte Keimbildungsdichte zeigte eine Keimdichte von etwa 5 · 10¹¹ pro 1 cm² an. Dies bedeutet, dass durch das Eintauchen sogar noch mehr Diamantpartikel einheitlich auf der Siliciumfolie verteilt wurden und als Keimbildungsstellen verfügbar waren.

Referenz

Zum Zweck des Vergleichs wurde eine andere Suspension durch das Zugeben eines Diamanten von Mikrongrösse mit Ultraschallvibration als herkömmliche Technik hergestellt. Eine Siliciumfolie wurde eingetaucht und die Oberfläche eingeritzt und einem CVD-Verfahren mit Parametern, die den obigen entsprechen, unterzogen. Die Keimdichte betrug maximal 1 · 10'º, wobei 2 bis 4 Stunden des Verfahrens benötigt wurden, bevor eine einheitlich dicke Abscheidung erreicht wurde.

Beispiel 2

Diamanten der Korngrösse 0-1/4 wurden behandelt. Es handelte sich um eine dunkelgraue Korngrössenklasse einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 180 nm, die von den 1 /4-Grössen und gröberen Grössen durch eine Separatorzentrifuge abgetrennt und wiedergewonnen wurden. Die quasiquantitiative Analyse durch ICP zeigte eine Konzentration von 0,1 bis 0,2% für jede Al-, Si-, Cr- und Fe-Verunreinigung.
500 ml Schwefelsäure wurden zu 100 Gramm des Diamantpulvers gegeben, das dann für 6 Stunden bei 280ºC bis 320ºC erhitzt wurde und mit Flusssäure weiter behandelt wurde. Das wiedergewonnene Pulver war hellweiss und die ICP-Analyse zeigte, dass der Gehalt jeder Verunreinigung weniger als ein Zehntel der Ausgangskonzentration betrug. Wie mit IR- Absorption analysiert, wiesen die Diamantpartikel auch die funktionellen Gruppen OH und =C=O auf der Oberfläche auf. Die behandelten Partikel bildeten bei der Zugabe zu reinem Wasser eine weisse Suspension, die sich für mehr als 48 Stunden nicht absetzte. In einer Salzsäurelösung des Säuregrades von 4,0 wurde die Suspension für mehr als 6 Stunden erhalten.
Raman-Spektroskopie mit Diamantpartikeln vor und nach der Behandlung wurde für die Beurteilung der Behandlung der Erfindung angewendet. Während unbehandelte Partikel bei der Laserbestrahlung durch die Energieabsorption explosionsartig verbrannten, sv dass der Beobachtungsprozess nicht weitergeführt werden konnte, ergab das behandelte Pulver ohne jegliche Schwierigkeiten bei der Beobachtung eine klare Aufnahme, die nur das Diamantspektrum zeigte.
Behandelte Diamantpartikel wurden in Suspension gehalten und durch Elektrolyse abgeschieden. Es wurde ein 100 · 100 mm-Abscheidungsbereich eines Substrates aus einem 10 mm dicken Streifen aus rostfreiem SUS-(JIS)- Stahl poliert. 5 Gramm des Diamanten wurden zusammen mit 300 Gramm Nickelsulfat und 50 Gramm Nickelchlorid zu 1 Liter der Elektrolytlösung gegeben. Die elektrochemische Abscheidung wurde ohne starkes Rühren bei einem pH von 4, 5, einer Temperatur von 50ºC und einer Stromdichte von 2 A/dm² fortgesetzt, bis eine 5 um dicke Schicht abgeschieden war.
Eine SEM-Beobachtung zeigte, dass etwa 25 Vol.-% Diamantpartikel mit Nickel verankert waren. Der beschichtete Stahlstreifen wurde erfolgreich als Rinnenmaterial für eine Keramikformpresse verwendet.

Beispiel 3

Diamanten von 0-2 Mikrongrösse wurden behandelt. Es handelte sich um eine graue Korngrössenklasse einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 1,06 um, die durch die in Beispiel 2 verwendete Methode von den 2 um und grösseren Grössen abgetrennt und wiedergewonnen wurde.
500 ml der Schwefelsäure und 50 mg KNO&sub3; wurden zu 100 Gramm des Diamantpulvers gegeben, das dann durch Erhitzen auf 210ºC bis 230ºC für 3 Stunden gekocht wurde. Das wiedergewonnene Pulver war hellweiss und bildete, wenn man es in reines Wasser gab, ein trübes Fluid, das ohne erkennbare Sedimentation, verglichen mit unbehandeltem Diamantpulver, das eine Stunde nach der Zugabe zu dem Medium zu sedimentieren begann, während einer 12-stündigen Beobachtung in Suspension gehalten wurde.
Das behandelte Pulver wurde zusammen mit dem Nickelmetall durch das oben beschriebene Verfahren und bei entsprechenden Parametern zu einer Dicke von 10 um auf einer 30 mal 600 mm rechteckigen Fläche eines Arbeitshalterohlings aus rostfreiem Stahl der Güteklasse SUS 304 für eine zentrumsfreie Schleifvorrichtung abgeschieden. Die Arbeitshaltevorrichtung mit abgeschiedenem Diamant konnte, im Vergleich mit Haltevorrichtungen ohne Abscheidung, die aufgrund der starken Abnutzung alle zwei Wochen ersetzt werden mussten, für mehr als 3 Monate für das Schleifen von gesintertem. Aluminiumoxid verwendet werden.

Beispiel 4

Ein Klasse 2-3-Diamantpulver von Mikrongrösse wurde behandelt. Es handelte sich um gräulich-weisse Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 1,98 um. 200 Gramm des Pulvers wurden zu 800 ml Schwefelsäure gegeben, erhitzt und für 2 Stunden bei 210ºC bis 240ºC gekocht, wobei periodisch Chromsäure zugegeben wurde, so dass das Chromrot beibehalten wurde. Das wiedergewonnene Pulver war nach dem Abkühlen und dem vollständigen Abspülen weiss und bildete, wenn es in reines Wasser gegeben wurde, eine trübe Suspension. Zwei Stunden nach der Bildung der Suspension war keine Sedimentation festzustellen, im Vergleich mit dem unbehandelten Pulver, das unmittelbar nachdem es in Wasser gegeben wurde, eine signifikante Sedimentation zeigte.
100 ml Methylalkohol wurden zu 10 Gramm des behandelten Diamantpulvers gegossen, um eine Suspension zu bilden, die weiter mit 50 Gramm eines Phenolharzes gemischt wurde und dann vollständig aufgerührt wurde. Die Mischung wurde mässig erhitzt, um den Alkohol abzudampfen, bis ein dickflüssiges Fluid erhalten wurde, das dann in eine Pressform gegossen wurde, bei 200 kg/cm² gepresst wurde, während bei 190ºC geheizt wurde, um ein 150 mm O. D., 100 mm i.D. Schalenrad vom Typ 6A2 herzustellen. Das erzeugte Werkzeug, das im Wesentlichen zur Verwendung bei der Herstellung von mikroskopischen Proben von Karbidlegierungen verwendet wird, umfasste ein Verschleissteil aus im Wesentlichen in der Matrix verteilten einzelnen Diamantpartikeln.

Beispiel 5

Sogenannte Klasse-Null-Diamantpartikel von Mikrongrösse wurden in Wasser gegeben, um eine Suspension zu bilden und für 24 Stunden stehengelassen. Das Fluid wurde in einer Separatorzentrifuge in das klare obere Ende und einen Feststoff aufgetrennt und letzterer, der schwarze Partikel mit einer durchschnittlichen Partikelgrösse von 90 nm umfasste, wurde für die Behandlung der Erfindung wiedergewonnen. 100 mg des Pulvers wurden mit 500 ml Schwefelsäure und 50 ml HNO&sub3; gemischt und dann für 4 Stunden bei 270ºC bis 300ºC gekocht. Das wiedergewonnene Pulver war grau und bildete bei der Zugabe zu reinem Wasser eine gräulich-weisse Suspension, die 72 Stunden nachdem sie gebildet wurde, keine erkennbare Sedimentation zeigte. Das Fluid wurde mit Wasser auf eine Konzentration von 100 ppm verdünnt, in das eine Siliciumfolie eingetaucht wurde und wurde in eine Kammer für ein CVD-Verfahren eingebracht und wie in Beispiel 1 beschrieben für die Keimbildung verwendet. Diamant wurde bei einer Keimdichte von ungefähr 1 · 10¹¹ gebildet.

Beispiel 6

100 Gramm eines Diamantpulvers wurden zusammen für eine Stunde bei variierenden Parametern konstant behandelt. Die wiedergewonnenen Pulver, die in reinem Wasser resuspendiert wurden, wurden stehengelassen, um die Suspensionsstabilität bezüglich der Suspensionsverweilzeit oder der Zeitdauer, bis eine Sedimentation erkennbar wurde, zu bestimmen. Die Ergebnisse, wie auch die verwendeten Parameter, werden unten verglichen.
Anmerkung: * Durchschnittliche Partikelgrösse
Wie oben detailliert beschrieben, werden durch die Erfindung superfeine Diamantpartikel mit einer modifizierten Oberflächenbeschaffenheit bereitgestellt, wobei Diamantpartikel in Schwefelsäure stark erhitzt werden, um diesen eine hydrophile Natur zu verleihen, während zusammen vorkommende Verunreinigungen entfernt werden. Die Partikel bilden in Wasser eine stabile Suspension, die sehr beständig gegenüber dem Absetzen ist.
So behandelte Diamantpartikel haben verschiedene mögliche Anwendungen: Clusterdiamant kann beispielsweise behandelt werden und zu reinem Wasser gegeben werden, um eine Suspension zu bilden. Eine Siliciumfolie kann in sie eingetaucht werden, um eine Schicht von dicht und einheitlich verteilten Diamantpartikel abzulagern, welche die Keimbildung und das anschliessende Wachstum von wesentlich grösseren Diamantpartikeln auf der Folie ermöglichen, wodurch eine Folie mit verbesserter Einheitlichkeit bezüglich der Dicke erzeugt wird.

Claims

1. Menge von hydrophilen Diamantpartikeln, die sich in einem Dispersionsmedium in einen Einteilchenzustand auftrennen können und die Korngrössenklassen der folgenden durchschnittlichen Einteilchenzustandpartikelgrösse (APS) umfassen, wobei wenigstens 90 Gew.-% davon in reinem Wasser bei einem pH von 7,0 eine unten aufgeführte Suspensionsverweilzeit (SHT) aufweisen:

APS in Nanometern SHT in Stunden

Weniger als 200 24 oder mehr

200 oder mehr, jedoch weniger als 500 8 oder mehr

500 oder mehr, jedoch weniger als 1000 2 oder mehr

1000 oder mehr, jedoch weniger als 2000 0,5 oder mehr

2. Diamantpartikel nach Anspruch 1, wobei die Korngrössenklassen eine unten aufgeführte Suspensionsverweilzeit (SHT) aufweisen:

APS in Nanometern SHT in Stunden

Weniger als 200 48 oder mehr

200 oder mehr, jedoch weniger als 500 16 oder mehr

500 oder mehr, jedoch weniger als 1000 4 oder mehr

1000 oder mehr, jedoch weniger als 2000 1 oder mehr

3. Diamantpartikel nach Anspruch 1, wobei die Korngrössenklasse mit einer APS von 200 oder weniger eine Suspensionsverweilzeit (SHT) in einem sauren wässrigen Medium bei einem pH von 4,0 von wenigstens 6 Stunden aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung von hydrophilen Diamantpartikeln, umfassend: Bereitstellen von Partikeln mit Einteilchenzustand-APS aus einem statischen Druckverfahren oder aus Cluster-Diamant, welche 2 um nicht übersteigen, Einbringen und Erhitzen der Diamantpartikel in konzentrierter Schwefelsäure bei einer Temperatur von wenigstens 200ºC, mit oder ohne einem Oxidationsmittel ausgewählt aus Salpetersäure, Perchlorsäure, Chromsäure, Permangansäure und Kaliumnitrat, wobei hydrophile Atome und/oder Gruppen auf der Oberfläche des Diamanten bereitgestellt werden und gleichzeitig Verunreinigungen, die zwischen und auf den Partikeln vorkommen, entfernt werden und Gewinnen der Partikel.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die konzentrierte Schwefelsäure rauchende Schwefelsäure mit absorbiertem SO&sub3; ist.