JP2003117379A - 六方晶ダイヤモンドの合成法 - Google Patents
六方晶ダイヤモンドの合成法Info
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- JP2003117379A JP2003117379A JP2001313345A JP2001313345A JP2003117379A JP 2003117379 A JP2003117379 A JP 2003117379A JP 2001313345 A JP2001313345 A JP 2001313345A JP 2001313345 A JP2001313345 A JP 2001313345A JP 2003117379 A JP2003117379 A JP 2003117379A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】従来技術の衝撃圧縮処理による六方晶ダイヤモ
ンドの粉末の合成法では黒鉛を出発原料に使用してい
た。この結果、どうしても立方晶ダイヤモンドと共存す
る形で六方晶ダイヤモンドが得られていた 【構成】 高速物体の衝突による衝撃波による瞬間的一
軸加圧で発生するシェアー応力の効果を利用すること
で、高圧相の六方晶ダイヤモンドを合成する方法におい
て、立方晶ダイヤモンド粉末に衝撃圧力30GPa以上で、
衝撃波による瞬間的加圧を行うことを特徴とする六方晶
ダイヤモンドの粉末の合成法。
ンドの粉末の合成法では黒鉛を出発原料に使用してい
た。この結果、どうしても立方晶ダイヤモンドと共存す
る形で六方晶ダイヤモンドが得られていた 【構成】 高速物体の衝突による衝撃波による瞬間的一
軸加圧で発生するシェアー応力の効果を利用すること
で、高圧相の六方晶ダイヤモンドを合成する方法におい
て、立方晶ダイヤモンド粉末に衝撃圧力30GPa以上で、
衝撃波による瞬間的加圧を行うことを特徴とする六方晶
ダイヤモンドの粉末の合成法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、従来熱力学的には
立方晶ダイヤモンドの安定領域と考えられている圧力・
温度条件でも、効果的なシェアー応力を利用する六方晶
ダイヤモンド粉末の合成法に関し、詳しくは、従来知ら
れている高速物体の衝突による衝撃圧縮法を用いて立方
晶ダイヤモンドを六方晶ダイヤモンドに瞬間的に変換さ
せるいわゆる衝撃加圧法による六方晶ダイヤモンドの合
成法に関する。
立方晶ダイヤモンドの安定領域と考えられている圧力・
温度条件でも、効果的なシェアー応力を利用する六方晶
ダイヤモンド粉末の合成法に関し、詳しくは、従来知ら
れている高速物体の衝突による衝撃圧縮法を用いて立方
晶ダイヤモンドを六方晶ダイヤモンドに瞬間的に変換さ
せるいわゆる衝撃加圧法による六方晶ダイヤモンドの合
成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、六方晶ダイヤモンドの合成法は２
つ知られていた。１つは、結晶性のよい黒鉛を室温のま
ま10GPa以上の高圧力下で圧縮し、約1000℃の温度で加
熱する方法である。もう１つは、同様に、結晶性のよい
黒鉛を多量の銅粉等金属と混合し、この混合物に50GPa
程度の衝撃圧縮処理を行う方法である。
つ知られていた。１つは、結晶性のよい黒鉛を室温のま
ま10GPa以上の高圧力下で圧縮し、約1000℃の温度で加
熱する方法である。もう１つは、同様に、結晶性のよい
黒鉛を多量の銅粉等金属と混合し、この混合物に50GPa
程度の衝撃圧縮処理を行う方法である。
【０００３】
【発明が解決しょうとする課題】このように、従来技術
では黒鉛を出発原料に使用していた。これは、黒鉛の層
間を圧力で縮めて新しい結合を生じさせると言う考えに
基づくものである。この結果、どうしても立方晶ダイヤ
モンドと共存する形で六方晶ダイヤモンドが得られてい
た。
では黒鉛を出発原料に使用していた。これは、黒鉛の層
間を圧力で縮めて新しい結合を生じさせると言う考えに
基づくものである。この結果、どうしても立方晶ダイヤ
モンドと共存する形で六方晶ダイヤモンドが得られてい
た。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、立方晶ダイヤモンド
と六方晶ダイヤモンドとの結晶構造の相違が単にその積
層構造の違いに由来していることに注目し、その積層構
造間の転移はエネルギー的に僅差であり、衝撃圧縮のよ
うな一軸性圧縮で実現できるシェアー応力の効果でその
転移は促進されるだろうと言う新しい考え方に基づき、
立方晶ダイヤモンドを出発原料に選択し、シェアー応力
の効果を利用することにより、立方晶ダイヤモンドにそ
の熱力学的安定領域内でも適当な衝突速度で衝撃圧縮処
理をある程度以上の衝撃圧を加えるようにすれば、六方
晶ダイヤモンドに高収率で変換させ得ることを見いだし
た。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、立方晶ダイヤモンド
と六方晶ダイヤモンドとの結晶構造の相違が単にその積
層構造の違いに由来していることに注目し、その積層構
造間の転移はエネルギー的に僅差であり、衝撃圧縮のよ
うな一軸性圧縮で実現できるシェアー応力の効果でその
転移は促進されるだろうと言う新しい考え方に基づき、
立方晶ダイヤモンドを出発原料に選択し、シェアー応力
の効果を利用することにより、立方晶ダイヤモンドにそ
の熱力学的安定領域内でも適当な衝突速度で衝撃圧縮処
理をある程度以上の衝撃圧を加えるようにすれば、六方
晶ダイヤモンドに高収率で変換させ得ることを見いだし
た。
【０００５】すなわち、本発明は、衝撃波による瞬間的
一軸加圧で発生するシェアー応力の効果を利用すること
で、高圧相の六方晶ダイヤモンドを合成する方法におい
て、立方晶ダイヤモンド粉末に衝撃圧力30GPa以上で、
衝撃波による瞬間的加圧を行うことを特徴とする六方晶
ダイヤモンドの粉末の合成法である。また、本発明は、
衝撃波による瞬間的一軸加圧で発生するシェアー応力は
高速物体の衝突によることを特徴とする上記の六方晶ダ
イヤモンド粉末の合成法である。
一軸加圧で発生するシェアー応力の効果を利用すること
で、高圧相の六方晶ダイヤモンドを合成する方法におい
て、立方晶ダイヤモンド粉末に衝撃圧力30GPa以上で、
衝撃波による瞬間的加圧を行うことを特徴とする六方晶
ダイヤモンドの粉末の合成法である。また、本発明は、
衝撃波による瞬間的一軸加圧で発生するシェアー応力は
高速物体の衝突によることを特徴とする上記の六方晶ダ
イヤモンド粉末の合成法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明では、高速物体の衝突によ
る衝撃圧縮で発生するシェアー応力の効果を利用して物
質変換を行う際の試料初期状態と衝撃環境の条件を提供
するものである。試料初期状態とは出発原料の選択、高
速物体である飛翔体の形状、材質などが重要であり、衝
撃環境としては衝突速度、その衝撃圧、衝突時の飛翔体
の傾きや平面性などが重要である。
る衝撃圧縮で発生するシェアー応力の効果を利用して物
質変換を行う際の試料初期状態と衝撃環境の条件を提供
するものである。試料初期状態とは出発原料の選択、高
速物体である飛翔体の形状、材質などが重要であり、衝
撃環境としては衝突速度、その衝撃圧、衝突時の飛翔体
の傾きや平面性などが重要である。
【０００７】出発原料の立方晶ダイヤモンド粉末は、高
温高圧法等で合成された市販のものでよく、結晶性の良
い、均質なものが望ましい。粒径は飛翔体のサイズにも
よるが、飛翔体の直径をmmから数十cm程度とするとその
10%以下程度が望ましい。この理由は飛翔体の直径程度
の粒子、つまり単結晶試料になると効果的シェアー応力
の発生が弱まるからである。
温高圧法等で合成された市販のものでよく、結晶性の良
い、均質なものが望ましい。粒径は飛翔体のサイズにも
よるが、飛翔体の直径をmmから数十cm程度とするとその
10%以下程度が望ましい。この理由は飛翔体の直径程度
の粒子、つまり単結晶試料になると効果的シェアー応力
の発生が弱まるからである。
【０００８】飛翔体の形状は円盤型でも長方形や正方形
でもよい。材質はアルミニウム、ステンレス鋼、銅など
衝突後に化学的除去が容易なもので、しかも、衝撃圧縮
中にダイヤモンド粉末と反応しないものがよい。飛翔体
の衝突速度は、衝撃圧力の発生に影響する。衝突による
衝撃圧縮では、衝突速度から圧力は算出されるので、必
要な速度は、飛翔体の材質が決まれば既知となる。
でもよい。材質はアルミニウム、ステンレス鋼、銅など
衝突後に化学的除去が容易なもので、しかも、衝撃圧縮
中にダイヤモンド粉末と反応しないものがよい。飛翔体
の衝突速度は、衝撃圧力の発生に影響する。衝突による
衝撃圧縮では、衝突速度から圧力は算出されるので、必
要な速度は、飛翔体の材質が決まれば既知となる。
【０００９】衝撃環境の条件は、衝撃圧力とし30GPa以
上が必要である。30GPa以下に下がると、発生するシェ
アー応力が充分でなく、シェアー応力による変形が小さ
すぎるため六方晶ダイヤモンドへの変換が起きにくい。
上が必要である。30GPa以下に下がると、発生するシェ
アー応力が充分でなく、シェアー応力による変形が小さ
すぎるため六方晶ダイヤモンドへの変換が起きにくい。
【００１０】本発明の合成法に用いる衝撃処理法は、爆
薬、一段式火薬銃、レーザーや電子ビーム等で加速され
た飛翔体の衝突速度の秒速約1.5km以上の範囲の衝突速
度でよいので、これらの従来技術による加速方法を利用
することができる。
薬、一段式火薬銃、レーザーや電子ビーム等で加速され
た飛翔体の衝突速度の秒速約1.5km以上の範囲の衝突速
度でよいので、これらの従来技術による加速方法を利用
することができる。
【００１１】圧力の上限については、600GPaでダイヤモ
ンドが融解することを考慮し、また現在の技術的水準か
ら言及すれば、約300〜500GPaが上限となる。この30〜5
00GPaの衝撃圧縮状態では、熱力学的に立方晶ダイヤモ
ンドが安定である。しかし、シェアー応力の存在する圧
縮状態では立方晶ダイヤモンドが六方晶ダイヤモンドに
変換することが可能である。これは、両者間のエネルギ
ー差がわずかであり、シェアー応力による変形で積層の
ずれが起るとその変換が可能であることを示す。
ンドが融解することを考慮し、また現在の技術的水準か
ら言及すれば、約300〜500GPaが上限となる。この30〜5
00GPaの衝撃圧縮状態では、熱力学的に立方晶ダイヤモ
ンドが安定である。しかし、シェアー応力の存在する圧
縮状態では立方晶ダイヤモンドが六方晶ダイヤモンドに
変換することが可能である。これは、両者間のエネルギ
ー差がわずかであり、シェアー応力による変形で積層の
ずれが起るとその変換が可能であることを示す。
【００１２】飛翔体の高速衝突時に生じるシェアー応力
には、飛翔体の形状、材質、衝突速度、及び衝突面の表
面粗さ状態が重要である。更に詳細に見ればダイヤモン
ド外形も、その粒子が受けるシェアー応力の大きさに影
響する。また、飛翔体の衝突時の衝突面の形状は、どの
加速方法を取るかで、例えば、レーザーや電子ビームで
加速した時には、そのレーザーや電子ビームの強度の空
間分布に依存した形状で衝突することになる。
には、飛翔体の形状、材質、衝突速度、及び衝突面の表
面粗さ状態が重要である。更に詳細に見ればダイヤモン
ド外形も、その粒子が受けるシェアー応力の大きさに影
響する。また、飛翔体の衝突時の衝突面の形状は、どの
加速方法を取るかで、例えば、レーザーや電子ビームで
加速した時には、そのレーザーや電子ビームの強度の空
間分布に依存した形状で衝突することになる。
【００１３】通常はガウシアン分布であるので、その飛
翔体形状は中心が尖ったお椀型になる。そのお椀の形
は、シェアー応力の効果的発生に望ましい。爆薬や一段
式火薬銃で加速された飛翔板は、通常傾きを持ち、その
傾きの程度はシェアー応力の発生に影響する。これらシ
ェアー応力の発生は、最終的にはダイヤモンド粒子形状
と飛翔体形状の相対的関係できまる。つまり、どんな形
の粒子にどんな形の飛翔体がどんな衝突速度で衝突する
かで決まる。
翔体形状は中心が尖ったお椀型になる。そのお椀の形
は、シェアー応力の効果的発生に望ましい。爆薬や一段
式火薬銃で加速された飛翔板は、通常傾きを持ち、その
傾きの程度はシェアー応力の発生に影響する。これらシ
ェアー応力の発生は、最終的にはダイヤモンド粒子形状
と飛翔体形状の相対的関係できまる。つまり、どんな形
の粒子にどんな形の飛翔体がどんな衝突速度で衝突する
かで決まる。
【００１４】ダイヤモンド粒子の固定方法については、
衝撃圧縮時に充分な圧力を上げられかつシェアー応力に
よる変形に対して効果的であるためには、ダイヤモンド
粒子が金属微粉末成形体中に埋め込まれる必要がある。
この金属としては、ダイヤモンドと反応せず、衝撃イン
ピーダンスが大きく、加圧成型が容易でしかも化学的処
理等での除去が容易である、銅粉が望ましい。銅粉の粒
子サイズは、少なくともダイヤモンド粒子より小さく、
10ミクロン以下が望ましい。
衝撃圧縮時に充分な圧力を上げられかつシェアー応力に
よる変形に対して効果的であるためには、ダイヤモンド
粒子が金属微粉末成形体中に埋め込まれる必要がある。
この金属としては、ダイヤモンドと反応せず、衝撃イン
ピーダンスが大きく、加圧成型が容易でしかも化学的処
理等での除去が容易である、銅粉が望ましい。銅粉の粒
子サイズは、少なくともダイヤモンド粒子より小さく、
10ミクロン以下が望ましい。
【００１５】
【実施例】実施例１
図１を用いて、実施例を説明する。立方晶ダイヤモンド
粒子１（平均粒径30〜50ミクロン）を平均粒径10ミクロ
ンの銅粉加圧成形体２の表面に固定してターゲット３と
する。一方、パルスレーザ４で飛翔体の高速加速を行う
ために、10ミクロン厚のアルミニウム箔５にYAG基本波
のパルス幅10ナノ秒のレーザー光をビーム径1.5ミリメ
ートルに集光した。
粒子１（平均粒径30〜50ミクロン）を平均粒径10ミクロ
ンの銅粉加圧成形体２の表面に固定してターゲット３と
する。一方、パルスレーザ４で飛翔体の高速加速を行う
ために、10ミクロン厚のアルミニウム箔５にYAG基本波
のパルス幅10ナノ秒のレーザー光をビーム径1.5ミリメ
ートルに集光した。
【００１６】衝撃圧は飛翔体の衝突直前の速度から、イ
ンピーダンスマッチ法で計算した。衝撃速度はあらかじ
めレーザーのパルスエネルギーと速度の関係を調べた実
験結果に基づいて算出した。この実施例では、秒速4.8
Km／秒で10ミクロン厚のアルミニウム箔５を衝突させ、
約80 GPaの衝撃処理を行った。
ンピーダンスマッチ法で計算した。衝撃速度はあらかじ
めレーザーのパルスエネルギーと速度の関係を調べた実
験結果に基づいて算出した。この実施例では、秒速4.8
Km／秒で10ミクロン厚のアルミニウム箔５を衝突させ、
約80 GPaの衝撃処理を行った。
【００１７】回収試料は飛翔体のアルミニウムを塩酸で
除去したあと、顕微ラマン分光法で同定された。その得
られた結果は図２に示す。１は出発原料の立方晶ダイヤ
モンド。記号Cは立方晶ダイヤモンドの1332cm-1に対応
する。２は衝撃処理後の生成物でCのピーク以外に六方
晶ダイヤモンドに対応する新しいピークが共存。３は同
一試料中の生成物で六方晶ダイヤモンドのみのピークを
示す。図２に示されたように、場所によっては、100％
の六方晶ダイヤモンドであり、高変換率で六方晶ダイヤ
モンドへ変換することが明らかになった。
除去したあと、顕微ラマン分光法で同定された。その得
られた結果は図２に示す。１は出発原料の立方晶ダイヤ
モンド。記号Cは立方晶ダイヤモンドの1332cm-1に対応
する。２は衝撃処理後の生成物でCのピーク以外に六方
晶ダイヤモンドに対応する新しいピークが共存。３は同
一試料中の生成物で六方晶ダイヤモンドのみのピークを
示す。図２に示されたように、場所によっては、100％
の六方晶ダイヤモンドであり、高変換率で六方晶ダイヤ
モンドへ変換することが明らかになった。
【００１８】
【発明の効果】以上、詳しく説明した通り、本発明の方
法によって、一回の衝撃処理で立方晶ダイヤモンド粉末
から高転換率で六方晶ダイヤモンド粉末を合成すること
が可能になる。
法によって、一回の衝撃処理で立方晶ダイヤモンド粉末
から高転換率で六方晶ダイヤモンド粉末を合成すること
が可能になる。
【図１】実施例１の方法の概略説明図である。
【図２】実施例１で得られた衝撃回収試料のラマン分光
測定結果を示すグラフである。
測定結果を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 衝撃波による瞬間的一軸加圧で発生する
シェアー応力の効果を利用することで、高圧相の六方晶
ダイヤモンドを合成する方法において、立方晶ダイヤモ
ンド粉末に衝撃圧力30GPa以上で、衝撃波による瞬間的
加圧を行うことを特徴とする六方晶ダイヤモンドの粉末
の合成法。 - 【請求項２】 衝撃波による瞬間的一軸加圧で発生する
シェアー応力は高速物体の衝突によることを特徴とする
請求項１に記載の六方晶ダイヤモンド粉末の合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001313345A JP3837486B2 (ja) | 2001-10-11 | 2001-10-11 | 六方晶ダイヤモンド粉末の合成法。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001313345A JP3837486B2 (ja) | 2001-10-11 | 2001-10-11 | 六方晶ダイヤモンド粉末の合成法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003117379A true JP2003117379A (ja) | 2003-04-22 |
| JP3837486B2 JP3837486B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=19131829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001313345A Expired - Lifetime JP3837486B2 (ja) | 2001-10-11 | 2001-10-11 | 六方晶ダイヤモンド粉末の合成法。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3837486B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007027703A (ja) * | 2005-06-15 | 2007-02-01 | Kumamoto Univ | 機能性基板の製造方法および機能性基板、並びに半導体装置 |
| CN107715799A (zh) * | 2016-08-11 | 2018-02-23 | 南京理工大学 | 金刚石爆炸挤压长大的装置及方法 |
| US10167569B2 (en) | 2012-08-16 | 2019-01-01 | National University Corporation Ehime University | Hexagonal diamond bulk sintered body and its manufacturing method |
| WO2019233901A1 (en) | 2018-06-05 | 2019-12-12 | Pontificia Universidad Catolica Madre Y Maestra | Sp3-bonded carbon materials, methods of manufacturing and uses thereof |
-
2001
- 2001-10-11 JP JP2001313345A patent/JP3837486B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007027703A (ja) * | 2005-06-15 | 2007-02-01 | Kumamoto Univ | 機能性基板の製造方法および機能性基板、並びに半導体装置 |
| US10167569B2 (en) | 2012-08-16 | 2019-01-01 | National University Corporation Ehime University | Hexagonal diamond bulk sintered body and its manufacturing method |
| CN107715799A (zh) * | 2016-08-11 | 2018-02-23 | 南京理工大学 | 金刚石爆炸挤压长大的装置及方法 |
| WO2019233901A1 (en) | 2018-06-05 | 2019-12-12 | Pontificia Universidad Catolica Madre Y Maestra | Sp3-bonded carbon materials, methods of manufacturing and uses thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3837486B2 (ja) | 2006-10-25 |
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| A521 | Written amendment |
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|
| A521 | Written amendment |
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|
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