FR2664389A1 - RADIATION - RESISTANT OPTICAL ARTICLES MADE OF A HIGH ISOTOPIC PURITY MONOCRYSTALLINE DIAMOND. - Google Patents

RADIATION - RESISTANT OPTICAL ARTICLES MADE OF A HIGH ISOTOPIC PURITY MONOCRYSTALLINE DIAMOND. Download PDF

Info

Publication number
FR2664389A1
FR2664389A1 FR9108428A FR9108428A FR2664389A1 FR 2664389 A1 FR2664389 A1 FR 2664389A1 FR 9108428 A FR9108428 A FR 9108428A FR 9108428 A FR9108428 A FR 9108428A FR 2664389 A1 FR2664389 A1 FR 2664389A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
diamond
carbon
laser
radiation
monocrystalline diamond
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.)
Withdrawn
Application number
FR9108428A
Other languages
French (fr)
Inventor
Anthony Thomas Richard
Fleischer James Fulton
Banholzer William Frank
Pryor Roger Welton
Reck Gene Paul
Kuo Pao-Kuang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of FR2664389A1 publication Critical patent/FR2664389A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/04Diamond
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16Solid materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
    • G02B1/105
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/14Protective coatings, e.g. hard coatings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

L'invention concerne un diamant monocristallin présentant un enrichissement isotopique en carbone 12 ou en carbone 13; ce diamant, qui présente un degré très élevé de résistance au rayonnement, typiquement supérieur d'un facteur de plus de 10 à celui d'un diamant naturel de type IIa, est utile pour la fabrication d'articles optiques, tels que des fenêtres, des lentilles, des réseaux, des miroirs et des matières actives pour lasers.The invention relates to a monocrystalline diamond having an isotopic enrichment of carbon 12 or carbon 13; this diamond, which has a very high degree of radiation resistance, typically more than a factor of more than 10 to that of a type IIa natural diamond, is useful for the manufacture of optical articles, such as windows, lenses, arrays, mirrors and lasers.

Description

L'invention concerne des articles optiques résistants au rayonnement etThe invention relates to optical articles resistant to radiation and

plus particulièrement des articles fabriqués avec un  more particularly articles made with a

genre spécifique de diamant monocristallin.  specific kind of monocrystalline diamond.

On a récemment porté un intérêt considérable à la mise au point de matériaux résistants à l'altération par un rayonnement incident Ces matières sont utiles dans la fabrication d'articles optiques que l'on peut utiliser avec des lasers ou comme éléments de lasers C'est particulièrement le cas des lasers à électrons libres dont les faisceaux sont extrêmement difficiles à transmettre,  There has recently been considerable interest in the development of materials resistant to incident radiation damage. These materials are useful in the manufacture of optical articles that can be used with lasers or laser elements. is particularly the case of the free electron lasers whose beams are extremely difficult to transmit,

focaliser ou refléter, par suite de l'intensité du rayonnement.  focus or reflect, as a result of the intensity of the radiation.

Actuellement, les miroirs de ces lasers doivent être placés à des distances de plusieurs milliers de mètres, car une plus grande proximité provoque une détérioration irréversible du miroir sous  Currently, the mirrors of these lasers must be placed at distances of several thousand meters, because a greater proximity causes an irreversible deterioration of the mirror under

l'effet du rayonnement.the effect of radiation.

Dans la demande de brevet US en cours, N O de série 07/536 371, on décrit des compositions de diamant monocristallin ayant la conductivité thermique la plus élevée de toutes les matières actuellement connues Ces compositions sont caractérisées par leur pureté isotopique qui est d'au moins 99,2 % en poids Diverses applications d'un tel diamant sont mentionnées, y compris comme  In the current US patent application, serial NO 07/536 371, monocrystalline diamond compositions having the highest thermal conductivity of all currently known materials are described. These compositions are characterized by their isotopic purity which is minus 99.2% by weight Various applications of such a diamond are mentioned, including as

conducteurs thermiques, abrasifs et filtres optiques.  thermal conductors, abrasives and optical filters.

La présente invention repose sur la découverte qu'un diamant monocristallin de grande pureté isotopique est caractérisé par une résistance extrêmement élevée au rayonnement Plus particulièrement, un diamant monocristallin comprenant 99,9 % de carbone 12 s'est révélé avoir un seuil de détérioration par un rayonnement plus de dix fois supérieur à celui d'un diamant monocristallin de pureté isotopique normale (c'est-à-dire 98,9 % de carbone 12 et 1,17 % de carbone 13). L'invention concerne donc des articles optiques résistants à la détérioration par un rayonnement, ces articles comprenant un diamant monocristallin constitué d'au moins 99,2 % en poids de  The present invention is based on the discovery that a monocrystalline diamond of high isotopic purity is characterized by an extremely high resistance to radiation. More particularly, a monocrystalline diamond comprising 99.9% of carbon 12 has been found to have a threshold of deterioration by radiation more than ten times that of a monocrystalline diamond of normal isotopic purity (ie 98.9% carbon 12 and 1.17% carbon 13). The invention thus relates to optical articles resistant to radiation deterioration, these articles comprising a monocrystalline diamond consisting of at least 99.2% by weight of

carbone 12 ou de carbone 13.carbon 12 or carbon 13.

Une caractéristique essentielle des articles de l'invention est l'emploi, pour leur fabrication, d'un diamant monocristallin qui a été enrichi en carbone 12 ou en carbone 13 Comme précédemment exposé, on a découvert que l'accroissement de la résistance au rayonnement, qui résulte de l'emploi de carbone de pureté chimique et isotopique, est bien supérieur à ce que laisserait prévoir les considérations théoriques La distribution isotopique du diamant doit être d'au moins 99,2 % en poids de carbone 12 ou de carbone 13, le carbone 12 étant préféré Donc, l'autre isotope doit être présent en une proportion maximale de 8 parties pour 1 000 On préfère les  An essential feature of the articles of the invention is the use, for their manufacture, of a monocrystalline diamond which has been enriched in carbon 12 or carbon 13. As previously explained, it has been discovered that the increase in the resistance to radiation , which results from the use of carbon of chemical and isotopic purity, is much higher than would be expected from theoretical considerations The isotopic distribution of diamond must be at least 99.2% by weight of carbon 12 or carbon 13 , carbon 12 being preferred. Thus, the other isotope must be present in a proportion of at most 8 parts per 1000.

distributions isotopiques d'au moins 99,9 % en poids.  isotopic distributions of at least 99.9% by weight.

On peut utiliser divers procédés pour préparer un diamant monocristallin à enrichissement isotopique En général, ils comprennent tous les étapes suivantes: (A) préparation d'un diamant constitué de carbone 12 ou de carbone 13 à enrichissement isotopique; et (B> conversion de ce diamant en un diamant monocristallin par diffusion sous pression élevée à travers un catalyseur-solvant  Various methods can be used to prepare an isotopically enriched monocrystalline diamond. In general, they include all of the following steps: (A) preparing a diamond of carbon 12 or carbon 13 with isotopic enrichment; and (B) converting this diamond into a monocrystalline diamond by diffusion under high pressure through a catalyst-solvent

métallique vers une région contenant un germe cristallin de diamant.  metal to a region containing a diamond seed crystal.

Dans l'étape A, on peut séparer un composé gazeux du carbone, tel que le monoxyde de carbone, en l'espèce carbone 12 et l'espèce carbone 13 par des différences de diffusivité, et transformer la fraction de carbone 12 en carbone solide selon des techniques connues dans l'art, telles que la combustion dans une flamme réductrice, dans le cas du monoxyde de carbone Le carbone ainsi formé peut ensuite être transformé en diamant dans des conditions classiques comprenant des conditions de température et de pression élevées ou des  In step A, it is possible to separate a gaseous compound from carbon, such as carbon monoxide, into carbon species 12 and carbon species 13 by differences in diffusivity, and to transform the carbon fraction 12 into solid carbon. according to techniques known in the art, such as combustion in a reducing flame, in the case of carbon monoxide The carbon thus formed can then be converted into diamond under conventional conditions including high temperature and pressure conditions or

conditions de dépôt chimique en phase vapeur.  chemical vapor deposition conditions.

Sinon, on peut utiliser d'autres procédés comprenant la formation par choc et des procédés de dépôt chimique en phase vapeur dans des conditions produisant un mélange de diamant et de graphite. Dans les procédés de ce dernier type, l'espèce carbone 13 est concentrée dans la phase de diamant et l'espèce carbone 12 dans la phase de graphite D'autres précurseurs de diamant, que l'on peut utiliser sous une forme enrichie, comprennent le graphite pyrolytique, le carbone amorphe ou vitreux, les hydrocarbures  Alternatively, other methods including shock formation and chemical vapor deposition processes under conditions producing a mixture of diamond and graphite may be used. In processes of the latter type, the carbon species 13 is concentrated in the diamond phase and the carbon species 12 in the graphite phase. Other diamond precursors, which can be used in an enriched form, include pyrolytic graphite, amorphous or vitreous carbon, hydrocarbons

liquides et les polymères.liquids and polymers.

On constate généralement que les procédés classiques de formation de diamant par dépôt chimique en phase vapeur sont particulièrement appropriés à la préparation de diamant de pureté isotopique Dans de tels procédés, on dépose une couche de diamant sur au moins un substrat On peut utiliser un substrat quelconque approprié au dépôt de diamant: des exemples de telles matières sont le bore, le nitrure de bore, le platine, le graphite, le molybdène, le cuivre, le nitrure d'aluminium, l'argent, le fer, le nickel, le silicium, l'alumine et la silice ainsi que leurs combinaisons Des substrats de molybdène métallique sont particulièrement appropriés  It is generally found that conventional methods of diamond formation by chemical vapor deposition are particularly suitable for the preparation of diamond of isotopic purity. In such processes, a layer of diamond is deposited on at least one substrate. Any substrate may be used. suitable for diamond deposition: examples of such materials are boron, boron nitride, platinum, graphite, molybdenum, copper, aluminum nitride, silver, iron, nickel, silicon , alumina and silica and their combinations Metallic molybdenum substrates are particularly suitable

dans de nombreuses conditions et sont souvent préférés.  in many conditions and are often preferred.

Le procédé de dépôt chimique en phase vapeur du diamant sur un substrat est connu et il est inutile d'en présenter ici les détails En résumé, il nécessite une activation à haute énergie d'un mélange d'hydrogène et d'un hydrocarbure, typiquement le méthane, pour que l'hydrogène gazeux soit transformé en hydrogène atomique qui réagit avec l'hydrocarbure pour former du carbone élémentaire Ce carbone se dépose sur le substrat sous forme de diamant L'activation peut être effectuée par un moyen classique assurant une activation à haute énergie produisant de l'hydrogène atomique à partir de l'hydrogène moléculaire; de tels moyens comprennent des moyens thermiques faisant typiquement appel à des filaments chauffés, des flammes, des décharges en courant continu et des rayonnements à  The method of chemical vapor deposition of diamond on a substrate is known and it is unnecessary to present the details here In summary, it requires a high energy activation of a mixture of hydrogen and a hydrocarbon, typically methane, for the hydrogen gas to be converted into atomic hydrogen which reacts with the hydrocarbon to form elemental carbon This carbon is deposited on the substrate in the form of diamond Activation can be effected by a conventional means providing activation to high energy producing atomic hydrogen from molecular hydrogen; such means include thermal means typically employing heated filaments, flames, DC discharges and

hyperfréquences ou à radiofréquences ou similaires.  microwave or radio frequency or similar.

Les procédés thermiques, et en particulier ceux faisant appel à un filament, qui utilisent un ou plusieurs éléments de chauffage par résistance comportant des fils ou filaments chauffés, sont souvent préférés aux fins de l'invention Dans ces procédés, les filaments sont typiquement faits de tungstène, de tantale, de molybdène et de rhénium métalliques; on préfère souvent le tungstène, car il est relativement peu coûteux et convient particulièrement bien Les filaments ont typiquement des diamètres d'environ 0,2 à 1,0 mm et souvent de préférence d'environ 0,8 mm Les distances entre les filaments et le ou les substrats sont  Thermal processes, and in particular those using a filament, which utilize one or more resistance heating elements having heated wires or filaments, are often preferred for the purposes of the invention. In these methods, the filaments are typically made of tungsten, tantalum, molybdenum and rhenium metal; Tungsten is often preferred because it is relatively inexpensive and is particularly suitable. The filaments typically have diameters of about 0.2 to 1.0 mm and often preferably about 0.8 mm. The distances between the filaments and the substrate (s) are

généralement de l'ordre de 5 à 10 mm.  generally of the order of 5 to 10 mm.

Typiquement, on chauffe ces filaments à des températures d'au moins 2 0000 C et la température optimale du substrat est dans la gamme de 900 à 1 0000 C La pression dans l'enceinte de dépôt est maintenue à une valeur maximale d'environ 1 010 mbar, typiquement de l'ordre de 13 mbar Le mélange hydrogène-hydrocarbure contient généralement un hydrocarbure en une proportion d'au maximum environ  Typically, these filaments are heated to temperatures of at least 2 000 C and the optimum temperature of the substrate is in the range of 900 to 1 000 C. The pressure in the deposition chamber is maintained at a maximum value of about 1 010 mbar, typically of the order of 13 mbar The hydrogen-hydrocarbon mixture generally contains a hydrocarbon in a proportion of at most about

2 % en volume par rapport aux gaz totaux Pour une description de  2% by volume in relation to total gases For a description of

procédé illustratif de préparation de diamant par dépôt chimique en phase vapeur, on se reportera aux demandes de brevets US portant les numéros de série 07/389 210 et 07/389 212 du même titulaire L'hydrocarbure utilisé dans le procédé de dépôt chimique en phase vapeur présente un enrichissement isotopique Pour éviter sa contamination, il est essentiel d'utiliser un appareillage qui ne contienne pas de carbone naturel comme impureté Pour cela la chambre de dépôt chimique en phase vapeur doit être faite de matériaux essentiellement incapables de dissoudre le carbone Des matériaux  illustrative process for diamond preparation by chemical vapor deposition, reference is made to US patent applications Serial Nos. 07 / 389,210 and 07 / 389,212 of the same proprietor. Hydrocarbon used in the chemical phase deposition process Isotopic enrichment To avoid contamination, it is essential to use equipment that does not contain natural carbon as an impurity For this the chemical vapor deposition chamber must be made of materials essentially incapable of dissolving carbon.

typiques de ce type sont le quartz et le cuivre.  typical of this type are quartz and copper.

L'épaisseur de la couche de diamant formée par dépôt chimique en phase vapeur sur le substrat n'a pas de limitation stricte En général, il est pratique de déposer au moins autant de diamant qu'il en faut pour produire un monocristal ayant la taille désirée Bien entendu, on peut également produire une quantité plus importante de diamant formé par dépôt chimique en phase vapeur pour l'utiliser pour  The thickness of the diamond layer formed by chemical vapor deposition on the substrate is not critical. In general, it is convenient to deposit at least as much diamond as is required to produce a single crystal having the size. Of course, it is also possible to produce a larger quantity of diamond formed by chemical vapor deposition to use it for

préparer plusieurs cristaux.prepare several crystals.

Il est possible de transformer le produit du procédé de dépôt chimique en phase vapeur directement en un diamant de conductivité thermique élevée grâce à un moyen à haute pression, comme décrit ci-après, en l'utilisant sous forme d'un bloc, d'une feuille ou de fragments Cependant, le procédé de l'invention est tout particulièrement efficace lorsque le diamant à enrichissement  It is possible to convert the product of the chemical vapor deposition process directly into a diamond of high thermal conductivity by means of high pressure means, as described hereinafter, using it as a block, However, the process of the invention is particularly effective when the diamond enrichment

isotopique est préalablement divisé en petits fragments.  isotopic is first divided into small fragments.

La division en petits fragments peut être obtenue selon des moyens connus dans l'art, tels que le broyage et la pulvérisation La granulométrie n'a pas d'importance stricte tant qu'un degré suffisant de division en petits fragments est obtenu; la forme connue dans  The division into small fragments can be achieved by means known in the art, such as grinding and spraying. The particle size is not critical as long as a sufficient degree of splitting into small fragments is achieved; the known form in

l'art comme "égrisé" convient.art as "égrisé" is suitable.

L'étape B, la production d'un diamant monocristallin, est classique, si ce n'est que l'on utilise comme matière première le diamant à enrichissement isotopique produit dans l'étape A. L'utilisation de diamant au lieu de graphite ou d'une autre variété allotropique de carbone comme matière première a deux effets: on peut utiliser une matière à enrichissement isotopique qu'il est facile d'obtenir, et la contraction de volume, observée lors de la conversion du graphite ou des autres variétés allotropiques en diamant, est évitée, ce qui permet de produire un monocristal de  Stage B, the production of a monocrystalline diamond, is conventional, except that the isotopically enriched diamond produced in step A is used as raw material. The use of diamond instead of graphite or another allotropic variety of carbon as a raw material has two effects: it is possible to use an isotopic enrichment material that is easy to obtain, and the contraction of volume, observed during the conversion of graphite or other varieties allotropic diamond, is avoided, which allows to produce a single crystal of

structure régulière et de grande qualité.  regular structure and high quality.

Le procédé pour produire un diamant monocristallin sous  The process for producing a monocrystalline diamond under

pression élevée est également connu dans l'art et sa description  high pressure is also known in the art and its description

détaillée semble inutile On se reportera par exemple à Encvcloredia of Physical Science & Technolo Qv, vol 6, pp 492-506 (Academic Press, Inc, 1987); Strong, The Physics Teacher, janvier 1975, pp  It seems pointless to refer to, for example, Encvcloredia of Physical Science & Technology, Vol. 6, pp. 492-506 (Academic Press, Inc., 1987); Strong, The Physics Teacher, January 1975, pp

7-13, et les brevets US 4 073 380 et 4 082 185, pour une description  7-13, and US Patents 4,073,380 and 4,082,185, for a description

générale du procédé Il comprend généralement la diffusion du carbone utilisé comme matière première à travers un bain liquide fait d'un catalyseur métallique-solvant à des pressions de l'ordre de 50 000 à 000 mbar et à des températures dans la gamme d'environ 1 300 à 1 500 a C On maintient de préférence un gradient négatif de température, typiquement d'environ 500 C entre la matière à transformer et la région de dépôt qui contient un germe de diamant  general process It generally comprises the diffusion of carbon used as raw material through a liquid bath made of a metal catalyst-solvent at pressures of the order of 50 000 to 000 mbar and at temperatures in the range of about 1,300 to 1,500 ° C. A negative temperature gradient, typically about 500 ° C, is preferably maintained between the material to be processed and the deposition region which contains a diamond seed.

sur lequel la croissance cristalline peut débuter.  on which crystalline growth can begin.

Les catalyseurs-solvants utilisés dans l'étape B sont connus dans l'art Ils comprennent par exemple le fer; des mélanges de celui-ci avec le nickel, l'aluminium, le nickel et le cobalt, le nickel et l'aluminium, et le nickel, le cobalt et l'aluminium; et des mélanges de nickel et d'aluminium On préfère souvent les mélanges fer-aluminium pour la production d'un diamant monocristallin, une matière constituée de 95 % (en poids) de fer et % d'aluminium étant particulièrement préférée pour l'invention. Après la préparation du diamant monocristallin, on préfère souvent éliminer par polissage la portion attribuable au germe cristallin. La préparation d'un diamant monocristallin à enrichissement isotopique est illustrée par un exemple dans lequel on dépose tout d'abord une couche de diamant, par dépôt chimique en phase vapeur, sur un substrat de molybdène dans une chambre faite de quartz et de cuivre qui, ni l'un ni l'autre, ne dissolvent des quantités notables de carbone Le substrat est disposé verticalement dans un plan parallèle au plan d'un filament de tungstène d'environ 0,8 mm de diamètre et à 8-9 mm de ce plan On crée dans le récipient un vide correspondant à une pression d'environ 13 mbar, on chauffe le filament à environ 2 000 C par passage d'un courant électrique et on fait passer dans le récipient un mélange de 98,5 % (en volume) d'hydrogène et 1,5 % de méthane Le méthane utilisé est sensiblement dépourvu d'impuretés et contient à 99,9 % l'isotope carbone 12 Après retrait et analyse par spectroscopie de masse du diamant ainsi obtenu, on constate que 99,91 % du carbone qui le compose sont  The catalyst-solvents used in step B are known in the art. They include, for example, iron; mixtures thereof with nickel, aluminum, nickel and cobalt, nickel and aluminum, and nickel, cobalt and aluminum; and mixtures of nickel and aluminum Iron-aluminum mixtures are often preferred for the production of a monocrystalline diamond, a material consisting of 95% (by weight) of iron and% of aluminum being particularly preferred for the invention. . After the preparation of the monocrystalline diamond, it is often preferred to remove by polishing the portion attributable to the seed crystal. The preparation of an isotopically enriched monocrystalline diamond is illustrated by an example in which a diamond layer is first deposited by chemical vapor deposition on a molybdenum substrate in a chamber made of quartz and copper which neither of them dissolve significant quantities of carbon. The substrate is arranged vertically in a plane parallel to the plane of a tungsten filament of about 0.8 mm in diameter and 8-9 mm in diameter. This plane is created in the vessel a vacuum corresponding to a pressure of about 13 mbar, the filament is heated to about 2000 C by passing an electric current and is passed through the container a mixture of 98.5% ( in volume) of hydrogen and 1.5% of methane The methane used is substantially free of impurities and contains 99.9% carbon isotope 12 After removal and analysis by mass spectroscopy of the diamond thus obtained, it is found that 99.91% of the carbon that comp dare are

constitués de carbone 12.consisting of carbon 12.

On broie et pulvérise le diamant obtenu par dépôt chimique en phase vapeur à enrichissement isotopique et on l'utilise comme source de carbone pour la croissance d'un diamant monocristallin dans des conditions de pression et de température élevées Plus particulièrement, on utilise un appareil classique à courroie à 52 000 bars et à 1 4000 C en utilisant un mélange catalyseur-solvant fait de 95 % (en poids) de fer et 5 % d'aluminium On utilise, pour amorcer la croissance, un petit germe de diamant monocristallin ( 0,005 carat) de distribution isotopique normale, et on maintient un gradient négatif de température d'environ 500 C entre le diamant formé par dépôt chimique en phase vapeur et le germe cristallin On poursuit l'opération jusqu'à ce qu'un monocristal de 0,95 carat ait été produit L'analyse montre que 99,93 % du carbone qui le forme sont constitués de l'isotope 12 C On polit le diamant avec un  The diamond obtained by isotopically enriched chemical vapor deposition is milled and sprayed and used as a carbon source for the growth of a monocrystalline diamond under conditions of high pressure and temperature. More particularly, a conventional apparatus is used. at a belt at 52,000 bar and at 1 4000 ° C. using a catalyst-solvent mixture made of 95% (by weight) of iron and 5% of aluminum. A small seed of monocrystalline diamond (0.005) is used to initiate the growth. carat) normal isotopic distribution, and maintains a negative temperature gradient of about 500 C between the diamond formed by chemical vapor deposition and the seed crystal The operation is continued until a monocrystal of 0, 95 carat was produced The analysis shows that 99.93% of the carbon that forms it consists of the isotope 12 C The diamond is polished with a

polissoir standard pour diamant pour éliminer le germe cristallin.  standard polisher for diamond to eliminate the crystalline germ.

On observe une résistance extrêmement élevée au rayonnement du diamant préparé comme ci-dessus lorsqu'on tente de mesurer sa conductivité thermique par la détection du mirage des ondes thermiques produites par le choc sur sa surface d'un faisceau de laser à ions argon modulé Il est d'abord nécessaire de déposer un film absorbant le rayonnement laser sur la surface du diamant Dans le cas d'un diamant naturel de type I Ia, on utilise pour cela un laser à excimère argon- fluor fonctionnant à une longueur d'onde de 193 nm, qui graphitise la surface avec formation d'une couche de graphite épaisse d'environ 60 nm On a déterminé que le seuil de détérioration par un laser du diamant naturel est de 300 m J/cm 2 Des tentatives semblables pour graphitiser la surface du diamant enrichi en isotope ont échoué, même lorsque la fluence du laser a été accrue d'un facteur 10 Donc, le seuil de détérioration par un rayon laser  An extremely high resistance to the radiation of the diamond prepared as above is observed when an attempt is made to measure its thermal conductivity by detecting the mirage of thermal waves produced by the impact on its surface of a modulated argon ion laser beam. It is first necessary to deposit a laser-absorbing film on the surface of the diamond. In the case of a natural diamond of type I Ia, an argon-fluorine excimer laser operating at a wavelength of 193 nm, which graphitizes the surface with formation of a thick graphite layer of about 60 nm. It has been determined that the threshold of deterioration by a laser of the natural diamond is 300 m J / cm 2 Similar attempts to graphitize the surface Isotope-enriched diamond failed even when the laser fluence was increased by a factor of 10 So the threshold of deterioration by a laser beam

du diamant à enrichissement isotopique est supérieur à 3 000 m J/cm 2.  isotopically enriched diamond is greater than 3000 m J / cm 2.

Des considérations théoriques concernant le diamant indiquent que des seuils élevés de détérioration par un rayon laser des articles de l'invention sont observés dans la gamme d'environ 150 à 220 nm Selon les types des interactions entre les électrons excités et les phonons dans l'article en diamant, il est également possible qu'une élévation du seuil soit observée aux longueurs d'ondes  Theoretical considerations for diamond indicate that high thresholds of laser beam damage of the articles of the invention are observed in the range of about 150 to 220 nm. According to the types of interactions between the excited electrons and the phonons in the diamond article, it is also possible that an elevation of the threshold is observed at the wavelengths

inférieures à 115 nm.less than 115 nm.

Les articles optiques de l'invention comprennent des fenêtres, des lentilles, des réseaux et des miroirs adaptés à l'incidence de rayonnement, en particulier de rayonnement lumineux et plus particulièrement de lasers Ils sont particulièrement utiles dans le cas des lasers à électrons libres, que l'on peut focaliser ou réfléchir par mise en place de l'article optique à une distance de  The optical articles of the invention comprise windows, lenses, gratings and mirrors adapted to the incidence of radiation, in particular of light radiation and more particularly of lasers. They are particularly useful in the case of free electron lasers. that can be focused or reflected by setting up the optical article at a distance of

l'ordre de 5 mètres, ou moins, de la source laser.  the order of 5 meters, or less, from the laser source.

L'utilisation de diamant comme matière active dans un laser est également connue Donc, les lasers comprenant un diamant à enrichissement isotopique comme matière active constituent un autre  The use of diamond as an active ingredient in a laser is also known. Thus, lasers comprising an isotopically enriched diamond as the active ingredient constitute another

aspect de l'invention.aspect of the invention.

Les articles de l'invention sont de structure classique, à l'exception du diamant qui y est utilisé On peut donc les produire  The articles of the invention are of conventional structure, with the exception of the diamond which is used there.

selon des procédés connus dans l'art.  according to methods known in the art.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1 Article optique résistant aux détériorations par un rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend un diamant monocristallin constitué d'au moins 99,2 % en poids de carbone 12 ou de carbone 13. 2 Article optiqu est constitué d'au moins 3 Article selon laser. 4 Article selon laser. Article selon laser. 6 Article selon  1 Optical article resistant to damage by radiation, characterized in that it comprises a monocrystalline diamond consisting of at least 99.2% by weight of carbon 12 or carbon 13. 2 Article optic consists of at least 3 Article according to laser. 4 Article according to laser. Article according to laser. 6 Article according to laser.laser. 7 Article selon7 Article according to active de laser.active laser. 8 Article selon constitué d'au moins 99,9 9 Article selon laser. Article selon laser. 11 Article selon  8 Item according to at least 99.9 9 Article according to laser. Article according to laser. 11 Article according to laser.laser. 12 Article selon laser. 13 Article selon  12 Article according to laser. 13 Article according to active de laser.active laser. te selon la revendication 1, dont le diamant  te according to claim 1, including the diamond 99,2 % de carbone 12.99.2% carbon 12. la revendication 2, qui est revendication 2, revendication 2, revendication 2, revendication 2, revendication 2,  claim 2, which is claim 2, claim 2, claim 2, claim 2, claim 2, de carbone 12.of carbon 12. revendication 8, revendication 8, revendication 8, revendication 8, revendication 8, qui est qui est qui est qui est dont le qui est qui est qui est qui est qui est une fenêtre de un miroir de une lentille de un réseau de une matière diamant est une fenêtre de un miroir de une lentille de un réseau de une matière  claim 8, claim 8, claim 8, claim 8, claim 8, who is who is who is whose who is who is who is who is a window of a mirror of a lens of a network of a diamond material is a window of a mirror of a lens of a network of a material
FR9108428A 1990-07-09 1991-07-05 RADIATION - RESISTANT OPTICAL ARTICLES MADE OF A HIGH ISOTOPIC PURITY MONOCRYSTALLINE DIAMOND. Withdrawn FR2664389A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US54979090A 1990-07-09 1990-07-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2664389A1 true FR2664389A1 (en) 1992-01-10

Family

ID=24194396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9108428A Withdrawn FR2664389A1 (en) 1990-07-09 1991-07-05 RADIATION - RESISTANT OPTICAL ARTICLES MADE OF A HIGH ISOTOPIC PURITY MONOCRYSTALLINE DIAMOND.

Country Status (7)

Country Link
JP (1) JPH04234001A (en)
KR (1) KR920002828A (en)
CA (1) CA2042269A1 (en)
DE (1) DE4122085A1 (en)
FR (1) FR2664389A1 (en)
GB (1) GB2247561A (en)
IE (1) IE911469A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0718642A1 (en) * 1994-12-20 1996-06-26 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Diffractive optics

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA936715B (en) * 1992-10-07 1994-04-13 Sumitomo Electric Industries Infrared optical part and measuring instrument
DE19704179A1 (en) * 1997-02-05 1998-08-06 Fraunhofer Ges Forschung Gas cooling arrangement
DE10021075A1 (en) * 2000-04-28 2001-10-31 Max Planck Gesellschaft Use of semiconductor single crystal as X-ray component, especially as monochromator and/or reflector of X-ray radiation
JP5880200B2 (en) * 2012-03-27 2016-03-08 住友電気工業株式会社 Single crystal diamond and method for producing the same
CN103764882B (en) * 2011-09-02 2017-09-12 住友电气工业株式会社 Single-crystal diamond and its manufacture method
US11713250B2 (en) * 2020-05-06 2023-08-01 Impossible Diamond, Inc. Diamond composition
US11760643B2 (en) * 2020-05-06 2023-09-19 Impossible Diamond, Inc. Diamond composition

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895313A (en) * 1973-09-17 1975-07-15 Entropy Conversion Laser systems with diamond optical elements
EP0206820A2 (en) * 1985-06-27 1986-12-30 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Diamond synthesis
DE4038190A1 (en) * 1989-12-11 1991-06-13 Gen Electric CRYSTALLINE DIAMOND VERY HIGH THERMAL CONDUCTIVITY

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3895313A (en) * 1973-09-17 1975-07-15 Entropy Conversion Laser systems with diamond optical elements
EP0206820A2 (en) * 1985-06-27 1986-12-30 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Diamond synthesis
DE4038190A1 (en) * 1989-12-11 1991-06-13 Gen Electric CRYSTALLINE DIAMOND VERY HIGH THERMAL CONDUCTIVITY

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0718642A1 (en) * 1994-12-20 1996-06-26 De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited Diffractive optics

Also Published As

Publication number Publication date
GB9114719D0 (en) 1991-08-28
JPH04234001A (en) 1992-08-21
GB2247561A (en) 1992-03-04
CA2042269A1 (en) 1992-01-10
DE4122085A1 (en) 1992-01-16
KR920002828A (en) 1992-02-28
IE911469A1 (en) 1992-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BE1004218A3 (en) Diamond crystal single very high thermal conductivity.
EP0005442B1 (en) Process and apparatus for producing aluminium nitride useful for electronic applications
FR2916193A1 (en) LASER PYROLYSIS SYNTHESIS OF SILICON NANOCRYSTALS.
FR2872826A1 (en) LOW-TEMPERATURE GROWTH OF CARBON NANOTUBES ORIENTED
FR2664389A1 (en) RADIATION - RESISTANT OPTICAL ARTICLES MADE OF A HIGH ISOTOPIC PURITY MONOCRYSTALLINE DIAMOND.
FR2945035A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING POWDER COMPRISING CARBON, SILICON AND BORON, SILICON PRESENTING SAME AS SILICON CARBIDE AND BORON PRESENTING IN THE FORM OF BORON CARBIDE AND / OR BORON ALONE
EP0181803B1 (en) Process for the manufacture of ultrapure silicon rods
FR2686599A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING A SILICON NITRIDE ARTICLE COATED WITH A DIAMOND FILM OR SIMILAR MATERIAL
US5310447A (en) Single-crystal diamond of very high thermal conductivity
Grudinkin et al. Chemical vapor deposition of isolated spherical diamond particles with embedded silicon-vacancy color centers onto the surface of synthetic opal
EP1415023B1 (en) Method of obtaining a cdte or cdznte single crystal
WO2014154424A2 (en) Method for a diamond vapor deposition
US5885541A (en) Technique for the fabrication of bulk porous diamond
WO2001008225A1 (en) Method for making a device comprising layers of planes of quantum dots
EP3129518A1 (en) Process for producing a graphene film
WO2010003922A1 (en) Method for making nanodiamond grains by homogenous nucleation in a plasma
Baranauskas et al. Micro-crystalline diamond and nano-carbon structures produced using a high argon concentration in hot-filament chemical vapor deposition
FR2995618A1 (en) PROCESS FOR SURFACE TREATMENT OF MONOCRYSTALS OF MATERIALS
JPH1081590A (en) Diamond comprising carbon isotope at suitable ratio of number of atoms and its production
EP3818189A1 (en) Method and device for diamond synthesis by cvd
FR2727436A1 (en) Process for coating refractory fibres to produce a passive surface
CA2042267A1 (en) Single-crystal diamond of very high thermal conductivity
FR2606038A1 (en) Improvement to enclosures for the treatment of semiconductive substrates
Toth et al. Laser-assisted chemical vapor deposition of diamond microstructures
Michniak et al. Characterisation of boron doped diamond thin films

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse