JP2007269576A - クラスターダイヤモンドの合成方法、及び合成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な装置を用いて有機系爆薬からクラスターダイヤモンドを容易に効率よく合成する方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明のクラスターダイヤモンドの合成方法は、爆薬を爆発させる第１工程、爆発生成物を回収して回収物を精製する第２工程からなり、第１工程が、圧力容器１内の空間部２の略中央に、起爆手段３を有する有機系爆薬４を冷却剤７を介して袋体８に収容した状態で配置し、かつ前記袋体８の外側空間部を有機系爆薬４中の炭素原子に対して不活性なガス９で満たした条件下で、前記起爆手段３により有機系爆薬４を爆発させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、簡易な装置を用いて有機系爆薬を爆発させることによって爆薬中の炭素原子から直接ダイヤモンドを容易に効率よく合成することができるクラスターダイヤモンドの合成方法、及び合成装置に関するものである。

従来から爆薬を爆発させ、生成物を回収して、異物を分離し、硝酸や硫酸等で化学的に処理し、精製することにより、ダイヤモンドの凝集体、すなわちクラスターダイヤモンドを合成することは知られている。このクラスターダイヤモンドの一次粒子径の大きさはナノメータ（ｎｍ）サイズであり、精密研磨剤、減摩剤、潤滑剤、増強剤、コーティング剤等に利用されている。

前記クラスターダイヤモンドの合成方法としては、(１)圧力容器内を爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たし、その中で爆薬を爆発させる合成方法と、(２)水中で爆薬を爆発させる合成方法とがある。

このうち、(１)不活性ガスを用いた合成方法の場合、爆薬の爆発生成物を冷却するために冷却効果を有する不活性ガスを多く用いる必要があることから、必然的に圧力容器を大型にするか、または爆発時に圧力容器内を高圧にする必要があった。また、爆発によって生成する生成物（炭素質煤）が圧力容器の内壁面に付着し易くなるため、合成時の回収効率が悪くなり、またこれを連続で合成する場合には、生成した炭素質煤が、次の爆発時に容器内で舞い上がり沈降するまでに時間を要して作業効率が悪くなっていた。さらに、爆発時に発生する熱によって圧力容器内壁の温度が上昇し、連続で合成する場合にはさらに温度が上昇するために、圧力容器に悪影響を及ぼす等の問題があった。すなわち圧力容器本体の歪、Ｏ−リングの熱劣化による圧力容器の気密性の低下や、耐圧強度の低下等が生じるという問題があった。さらに、生成したダイヤモンドの酸化を抑止するために酸素濃度を１．０体積％以下程度にまで減少させなければならないなど、合成環境を整えるための操作に手間を要するなどの問題があった。

また、(２)水中で有機系爆薬を爆発させる合成方法も多く考えられている。例えば一端が開放された鉄製管体に水を満たして水中（水深１．２ｍ）にて酸素バランス(ＯＢ)が負に調整された有機系爆薬組成物１０ｇを吊して爆発させ、沈澱物を分離し、精製してダイヤモンドを合成する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。この方法では精製後、爆薬の質量に対して１〜５％程度のダイヤモンドが得られるとされている。

さらに、ダイヤモンドの収量を向上させる方法として、予めダイヤモンド粉を４０質量％以下で混在させた爆薬組成物１０ｇを一端が開放された円筒に水を満たして水中（水深１ｍ）に吊して爆発させ、沈澱物を分離し、精製してダイヤモンドを合成する方法も知られている（例えば特許文献２参照）。この方法では精製後、爆薬の質量に対して６％程度のダイヤモンドが得られるとされている。

しかしながら、前記特許文献１，２のように、圧力容器内空間部に貯水し、その中に爆薬を設置して爆発合成する場合、爆発時の衝撃波のエネルギーおよび仕事エネルギーが容器に対して多く与えられる。したがって、容器の耐圧性能を向上させる必要があり、爆薬を爆発させるには極めて大型でかつ質量の大きな圧力容器を必要とするため、その取扱いや補修等がより複雑で困難なものとなるという問題があった。また、特許文献２の合成方法では、爆薬に予め混在させておくダイヤモンド粉が必要となるという問題もあった。

また、爆薬の量を増加させてダイヤモンドの収量を向上させる方法として、直径が１５０ｍｍ、長さが４５０ｍｍ程度のプラスチック製容器に蒸留水を満たし、その中に５００ｇ程度の爆薬を入れ、これを内容積１ｍ³の圧力容器の中央部に配置して爆薬を爆発させ、この操作を４０回程度繰り返し行って、未精製の炭素質煤（黒色固体物）を爆薬の質量に対して１９％程度収得し、これを分離・精製して爆薬の質量に対して約９％程度のダイヤモンドを合成する方法も知られている（例えば特許文献３参照）。

しかしながら、前記特許文献３にみられる冷却剤で満たしたプラスチック容器を使った合成方法では、爆発合成の反応場である圧力容器内の空間部に酸素や空気など、有機系爆薬組成中の炭素原子と反応する物質が存在することで、冷却が不十分なダイヤモンドが酸化され易いために、収率が低下するという問題があった。さらに特許文献３の合成方法では、プラスチック製容器が用いられた場合に回収する炭素質煤中にプラスチックに基づく破片が混入し、それが爆発回数を増やすことによって、ますます増加することから、分離工程に負荷がかかるという問題があり、極めて面倒であり、工業的には到底実施できないものであった。

さらに、下部が有底の円柱状爆発水槽部と上部が上方開放され、下方より上方に向かって拡径する円錐台形よりなる飛沫回収塔よりなる漏斗状の開放系耐圧容器を用いて容器内に収容された水中内で高性能爆薬を爆発させ、生成物を分離して精製するダイヤモンドの合成方法も知られている（例えば特許文献４）。

しかしながら、前記特許文献４に開示された方法では、複雑な圧力容器を用いる必要があり、また水中からダイヤモンド等を分離する操作が必要である等、生成したダイヤモンドの回収に時間がかかるという問題があった。

特公平７−５１２２０号公報（第１頁、第３頁） 特公平６−５９３９８号公報（第１頁〜第３頁） 中国特許第１４０００４２号明細書（第３頁） 特開２００４−３１４０２２号公報（第２頁、図１）

前記いずれの合成方法もダイヤモンドの収量が少なくなることから、工業的にはダイヤモンド生成後の精製等を含め、いかにして容易に効率よくダイヤモンドを得るかが大きな課題となっている。
そこで、本発明者らは、前記の従来技術の問題点に鑑み鋭意検討した結果、爆薬を爆発させる工程において、爆薬の周辺に冷却剤と不活性ガスの双方をこの順で配置することによって、比較的小型の圧力容器でもクラスターダイヤモンドを容易に効率よく合成することができることの知見を得て本発明を完成した。
本発明の目的は、簡易な装置を用いて有機系爆薬からクラスターダイヤモンドを容易に効率よく合成する方法を提供することにある。

本発明の第一の発明は、爆薬を爆発させる第１工程、爆発生成物を回収して回収物を精製する第２工程からなるクラスターダイヤモンドの合成方法において、第１工程が、圧力容器内の空間部略中央に、起爆手段を有する有機系爆薬を冷却剤を介して袋体に収容した状態で配置し、かつ前記袋体の外側空間部を有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たした条件下で、前記起爆手段により有機系爆薬を爆発させることを特徴とするクラスターダイヤモンドの合成方法である。

本発明の第二の発明は、袋体の材質が炭化水素系高分子である前記クラスターダイヤモンドの合成方法である。

本発明の第三の発明は、有機系爆薬は炭素原子含有率が１５質量％以上であり、酸素バランスが負で、爆轟圧が１８ＧＰａ以上であり、爆轟温度が３０００Ｋ以上であることを特徴とする前記クラスターダイヤモンドの合成方法である。

本発明の第四の発明は、第１工程を複数回連続的に行った後、第２工程を行うことを特徴とする前記クラスターダイヤモンドの合成方法である。

本発明の第五の発明は、圧力容器内の空間部略中央に、起爆手段を有する有機系爆薬を冷却剤を介して袋体に収容した状態で吊設し、かつ前記袋体の外側空間部を有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たしたことを特徴とするクラスターダイヤモンドの合成装置である。

本発明の第六の発明は、圧力容器が開閉自在であるクラスターダイヤモンドの合成装置である。

本発明によれば以下のような格別の効果を奏する。
第一の発明によれば、爆薬を爆発させる第１工程が、圧力容器内の空間部の略中央に袋体を配置し、その袋体内には冷却剤が満たされ、その冷却剤中に起爆手段を有する有機系爆薬が収容され、その袋体外表面と圧力容器内壁との間の外側空間部には前記有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たした条件下で、前記起爆手段により有機系爆薬を爆発させるクラスターダイヤモンドの合成方法であることから、冷却剤を満たした袋体と不活性ガスとの併用により、冷却剤で爆発生成物を冷却し、ダイヤモンドからグラファイトへの相転換を抑止すると共に、不活性ガスで、ダイヤモンド又はグラファイトから二酸化炭素若しくは一酸化炭素への酸化反応をも同時に抑止することによって、ダイヤモンドの収率が上がり、合成効率の向上にとってなお一層、有利となる。

また、爆薬近傍に冷却剤を満たした袋体が存在することで、前記従来の(２)水槽内で爆発させる合成方法や(１)不活性ガスのみを用いた爆発合成方法とは異なり、爆発後の爆発生成物の回収が容易である。すなわち生成物が冷却剤、例えば水に混ざった形態で圧力容器の壁面や底に付着するためにこれを剥がし取る作業が容易となる。また、不活性ガスのみを用いた合成方法と比べて爆発時の音を小さくすることもでき、環境的にも、工業的な合成方法として有利である。さらに、前記特許文献３にみられる冷却剤で満たしたプラスチック容器を使った合成方法とは異なり、爆発合成の反応場である圧力容器内の空間部には酸素や空気など、有機系爆薬中の炭素原子と反応する物質が存在しないことで、生成後の冷却が不十分なダイヤモンドが酸化されることがなく、ダイヤモンドの収率を上げることができるとともに、酸化が起きないことから、袋体中の冷却剤量を減らすことができ、圧力容器の小型化につながる。

第二の発明によれば、冷却剤と有機系爆薬を収容する前記袋体の材質が炭化水素系の高分子であることから、有機系爆薬の形状に応じてその形状を自由に選択することができ、爆薬と袋体間の冷却剤の厚さをほぼ一定に保つことができるのでダイヤモンドの収率を低下させることがない。またプラスチック容器等を用いた場合と異なり、回収炭素質煤に不純物として混入する袋体に起因する割合を大幅に低減することができ、その後の分離、精製等の処理に有利である。
また袋体の材質を選択することにより、爆薬が爆発する際の爆発熱によって袋体が熱分解され易くなり、有毒ガスの発生を抑制することができるので、作業効率が向上する。

第三の発明によれば、爆薬を爆発させる工程で用いる前記有機系爆薬が、炭素原子含有率が１５質量％以上、その酸素バランスが負であり、爆轟圧が１８ＧＰａ以上、爆轟温度が３０００Ｋ以上であることから、爆薬中の炭素原子を効率良くダイヤモンドに転換することができ、また酸素バランスが負であることから爆発時にダイヤモンドが酸化されて収率を低下させることがない。
ここで、炭素原子含有率とは、爆薬を構成している炭素原子の割合を表し、また酸素バランス（ＯＢ）とは、１ｇの爆薬が爆発したときに生じる化学平衡反応式における酸素の余剰量をｇ単位で表したものである。

第四の発明によれば、第１工程を複数回連続的に行った後、第２工程を行う前記クラスターダイヤモンドの合成方法であり、爆発毎に爆発生成物を回収する必要がなく、また連続的な爆発終了後は圧力容器の壁面や底に付着した爆発生成物を容易に回収することができるので、回収時に生じる爆発生成物の損失量を低減することができる。さらに、爆発毎に回収作業をしないため、作業時間を短縮できるので、効率よくクラスターダイヤモンドを合成することができ、工業的な合成方法として有利である。さらには、複数個の圧力容器を併用することで、複数箇所において、連続的にダイヤモンドを合成することが可能となり、より高効率な合成を行なうことが可能になる。

第五の発明によれば、有機系爆薬化合物や、その他の有機物質が爆発に際しての高温、高圧によってダイヤモンドに変換される原理を用いたものであって、簡易な装置を用いて有機系爆薬を爆発させることによって爆薬中の炭素原子から直接ダイヤモンドを容易に効率よく合成することができ、前述の格別の効果を奏する合成方法を容易に実施でき、工業生産を可能とするものである。

第六の発明によれば、開閉自在の圧力容器を用いるので、特に前記第四の発明のように複数回の第１工程（爆発）を行う場合に好適であり、工業的な合成装置として高効率な合成を行えるものである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明のクラスターダイヤモンドの合成方法は、爆薬を爆発させる第１工程、爆発生成物を回収して回収物を精製する第２工程からなるクラスターダイヤモンドの合成方法において、第１工程が、圧力容器内の空間部の略中央に、起爆手段を有する有機系爆薬を冷却剤を介して袋体に収容して配置し、好ましくは冷却剤を入れた袋体中に起爆手段を有する有機系爆薬の全てが冷却剤で覆われる状態で配置し、かつ前記袋体の外側空間部を爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たした条件下で、前記起爆手段により有機系爆薬を爆発させることを特徴とするものである。

具体例を図面により説明する。
図１は本発明の爆発合成方法の第１工程を実施する一例を示す装置の概略図である。
図中、１は圧力容器であり、２は圧力容器内の空間部であり、３は有機系爆薬４を起爆するための起爆手段、この例では起爆用爆薬５と電気雷管６が用いられ、７は冷却剤であり、この例では蒸留水が用いられている。この冷却剤７と前記の有機系爆薬４は袋体８に収容されている。この例では袋体８の材質としてポリエチレン製の袋が用いられ、圧力容器１内の空間部２の略中央に配置されるように吊設されている。袋体８の外表面と圧力容器１の内壁との間（空間部２）には有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガス９として、この例では窒素ガスが充填されている。

本発明に用いられる圧力容器１としては、安価な既存の鉄製又は鋼製の配管を使い、安価な既存のフランジ蓋付きの容器が用いられている。圧力容器１は、有機系爆薬４の爆発によって生じる衝撃のエネルギー及び仕事エネルギーに対して耐久性のある密閉容器であればよく、特にその材質については限定しないが、第２工程のダイヤモンドの精製工程を考慮すると、不純物であるシリカや重金属などの含有率の少ない材質、例えば炭素鋼を用いることが好ましい。また、複数回の第１工程（爆発）を行う場合には、特に開閉自在な圧力容器を用いることが好ましい。
また、空間部２の大きさ、即ち圧力容器１の内容量は、使用する有機系爆薬４の性能、例えば爆轟圧や爆轟温度等や、その使用量等に応じて適宜決めることができる。例えば爆薬量が１８０ｇ程度の場合では０．０９ｍ³程度、爆薬量が４００ｇ程度の場合では０．１２ｍ³程度のものを好適に選択する。これは、従来技術に用いられる圧力容器サイズ、例えば爆薬量５００ｇ程度の場合に１．０ｍ³程度であることと比較して、極めて小型であり、蓋の開閉がし易く作業時間を短縮することができ、運搬・据付け場所なども容易になり、合成作業効率を高くすることができる。

上記圧力容器１を構成している各部材について簡単に説明すると、ボルト１０は底板１１及び蓋１２をそれぞれフランジ部１３に固定するためであり、Ｏ−リング１４は圧力容器１内の密閉性を高めるためである。
また、凧糸などの吊材１５及びフックボルト１６は、袋体８を空間部２の略中央に配設（吊設）ための手段であり、これらに代えて他の配置手段を選定してもよい。
さらに、アイボルト１７は蓋を開け閉めするために用いられ、緩衝材１８は爆発時に生じる振動や衝撃などを和らげるために用いられ、この場合、厚み２５ｍｍの木製合板を用いている。

本発明に用いられる有機系爆薬４としては、高性能爆薬として知られている公知の爆薬を用いることができ、例えばトリニトロトルエン（ＴＮＴ）、トリニトロベンゼン（ＴＮＢ）、トリメチレントリニトラミン（ＲＤＸ）、テトラメチレンテトラニトラミン（ＨＭＸ）、テトラニトロメチルアニリン（テトリル）、トリアミノトリニトロベンゼン（ＴＡＴＢ）、ジアミノトリニトロベンゼン（ＤＡＴＢ）、ヘキサニトロスチルベン（ＨＮＳ）、ヘキサニトロアゾベンゼン（ＨＮＡＢ）、ヘキサニトロジフェニルアミン（ＨＮＤＰ）、ピクリン酸、ピクリン酸アンモニウム、ベンゾトリアゾール（ＴＡＣＯＴ）、エチレンジニトラミン（ＥＤＮＡ）、ニトログアニジン（ＮＱ）、ペンタエリスリトールテトラナイトレート（ぺンスリット）、ベンゾトリフルオキサン（ＢＴＦ）等であり、これらの一種又は二種以上の混合物が用いられる。二種以上の例としては、ＲＤＸとＴＮＴとの混合物として知られているコンポジションＢなどを使用することができる。

有機系爆薬４として、ＲＤＸとＴＮＴとの混合物であるコンポジションＢを用いた場合には、溶填により、所望の形状に成型することができる。
また、有機系爆薬４として、粉状体の爆薬、例えば平均粒径が１００μｍ程度のものを用いる場合には、高分子等の有機系結合剤と併用することによって、所定形状に成型することができる。この有機系結合剤としては、コンポジット系推進薬のバインダ成分として知られている高分子、例えばポリブタジエン系（ポリブタジエン）、ポリウレタン系（ポリウレタン）、ポリエーテル系（ポリエチレングリコール）等の高分子物質を用いてもよいし、それ自身の燃焼熱が大きなポリマーとして知られている例えばグリシジルアジドポリマー（ＧＡＰ）、ポリニトラトメチルメチルオキタセン、ポリグリシジルナイトレート等、或いはワックスを用いてもよい。この有機系結合剤の割合は１〜４０質量％、粉状体の有機系爆薬４の割合が６０〜９９質量％程度である。
これらの有機系爆薬４は、炭素原子含有率が１５質量％以上、好ましくは２０〜３５質量％、酸素バランスが負、好ましくは−０．２〜−０．６であり、爆轟圧が１８ＧＰａ以上、好ましくは２０〜３０ＧＰａ、爆轟温度が３０００Ｋ以上、好ましくは３０００〜４０００Ｋである。そのため、爆薬中の炭素原子を効率良くダイヤモンドに転換することができ、また酸素バランスが負であることから爆発時にダイヤモンドが酸化されて収率を低下させることがない。

本発明に用いられる冷却剤７は、前述のように前記有機系爆薬４と共に袋体８に収容されるものであって、その際の冷却剤７としては、通常冷却効率の観点から液状の冷却剤を用いることが好ましく、例えば水、好ましくは不純物を含まない蒸留水が用いられる。なお、固体としての氷を用いてもよい。
また、用いる冷却剤７の量は、蒸留水を用いた場合、有機系爆薬４に対し、質量比率で１．５倍以上、好ましくは３〜２０倍である。

本発明に用いられる袋体８は、前述のように前記構成の有機系爆薬４及び冷却剤７を収容するものであって、その材質としては、炭化水素系高分子材料が好ましく用いられ、具体的には例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等である。この袋体８として、例えばＰＥやＰＰの厚みが０．００５〜０．１００ｍｍ程度のフィルムからなるものを用いると、前記特許文献３におけるプラスチック製容器と比較して、回収する炭素質煤中に残存する量が著しく低減され、分離工程に負荷がかかることがない。

本発明に用いられる有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガス９は、前述のように袋体８の外側に充填されるものであって、例えば二酸化炭素、窒素、アルゴンなどの不活性ガス等であり、経済性や取り扱い性等の観点から通常は窒素ガスを用いることが好ましい。また、使用される有機系爆薬４が爆発した際に生じる生成ガスを捕集して次の爆発時に用いてもよい。さらに、圧力容器１内は加圧或いは減圧してもよい。尚、これら不活性なガス９は、例えば前記不活性ガスに酸素など他のガス成分が若干量、例えば１０体積％以下混在していてもよい。

以上の構成の圧力容器１、有機系爆薬４、その他の各材料を用いてクラスターダイヤモンドの合成方法について具体的に説明する。

(i)開閉自在の圧力容器１を開放した状態で内部の空間部２の略中央に、所定量の冷却剤７を満たした袋体８を配置する。袋体８の配置方法としては、圧力容器１内の適当な箇所に設けられたフックボルト１６に凧糸などの吊材１５を結び付け、この吊材１５に吊すことによって配置する。
(ii)次に、この袋体８内の冷却剤７中に起爆手段３を有する所定の有機系爆薬４を吊して配置する。
尚、上記の袋体８の配置と、有機系爆薬４の配置は、予め有機系爆薬４の配置を行った後、袋体８を配置するようにしてもよい。
(iii)次いで、圧力容器１の蓋１２をボルトで締めて密封する。
(iv)そして、真空ポンプにて圧力容器１内の空気を排出した後、有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスとして窒素ガス９を所定の圧力になるまで充填し、起爆手段３により有機系爆薬４を爆発させる。なお、圧力容器１は緩衝材１８の上に配置するとともに、その転倒を防止するため、アイボルト１７に、ワイヤースリングを通しチェーンブロックに掛けておく。
(v)爆発後、例えば５分経過後、蓋を開け、圧力容器の内壁面を水洗しながら、爆発生成物を取り出す（回収する）。
(vi)そして、回収した回収物は、濾過した後、残渣を公知の手段で、例えば硫酸と硝酸との混酸を用いて処理し、処理物を水洗して乾燥することによりクラスターダイヤモンドを得る。

尚、連続で爆発させる場合、即ち前記(i)〜(iv)の第１工程を連続して実施する場合、爆発生成物を回収することなく前記の操作を繰り返し所定回数起爆後、爆発生成物を取り出し、前記(vi)の第２工程（精製）を行うことによってクラスターダイヤモンドを収率よく得ることができるので好ましい。

本発明のクラスターダイヤモンドの合成方法及び合成装置は、有機系爆薬化合物や、その他の有機物質が爆発に際しての高温、高圧によってダイヤモンドに変換される原理を用い、特に冷却剤を満たした袋体と不活性なガスとの併用により、簡易な装置を用いて有機系爆薬を爆発させることにより、ダイヤモンドからグラファイトへの相転換やダイヤモンド又はグラファイトから二酸化炭素若しくは一酸化炭素への酸化反応を抑止しつつ、有機系爆薬中の炭素原子から直接ダイヤモンドを容易に効率よく合成することができ、ダイヤモンドの収率が上るものである。

〔実施例１〕
はじめに合成用の爆薬供試体を準備した。ここでいう爆薬供試体とは、円柱状の合成用爆薬（有機系爆薬）１８０ｇ（ＲＤＸ６０質量％及びＴＮＴ４０質量％組成とし、炭素原子含有率２０．３質量％、酸素バランス−０．４３ｇ、爆轟圧２５．７ＧＰａ、爆轟温度３５５１Ｋである）に、角柱状の起爆用爆薬２０ｇ（ＲＤＸ７５質量％及びＧＡＰ２５質量％）及び６号電気雷管をとりつけたものである。
第１工程として、前記図１の合成装置を用い、袋体として厚み０．０５ｍｍ、容積１０００ｃｍ³の持ち手の付いたポリエチレン製の袋の中に蒸留水８００ｃｍ³を入れ、前述の爆薬供試体を袋体内部の中心位置に置いた。内容積０．０９ｍ³の鋼製の圧力容器内空間の中心部分に、上述の爆薬供試体をポリエチレン製の袋ごと、吊材として凧糸で吊下げて圧力容器の蓋を閉めた。さらに、真空ポンプにて容器内の空気を排出した後、炭素原子に対して不活性なガスとして窒素ガスを封入して圧力容器内を１気圧、酸素濃度約６体積％とした状態で爆薬供試体を起爆させた。起爆後、５分間静置した後、圧力容器の上蓋を開け、蒸留水を使って圧力容器内面を洗浄しながら黒色液状の爆発生成物を回収した。
第２工程として、図示しないが回収物は１６０μｍメッシュサイズの篩に通して大きな固形異物を取り除いた後に塩酸で処理をした。その後、濾過して水分を取り除き、さらに硫酸と硝酸の混酸処理を施した後、再び濾過して、濾過ケーキがｐＨ７程度になるまで、蒸留水で洗浄、濾過を繰り返した。その後、得られた濾過ケーキを１５０℃で乾燥させて乾燥物を得た。
この乾燥物をＸ線回折法により走査した結果、回折線から結晶子サイズが４〜６ｎｍのクラスターダイヤモンドであることが確認された。また、粒度分布計で測定した高次凝集体の５０％粒子径は１５０〜２００ｎｍであった。得られたクラスターダイヤモンドの質量は、爆薬量に対し、４．１６質量％であった。尚、実作業に要した時間は、爆薬供試体準備から起爆終了までに約３５分間、爆発生成物回収に約３０分間、合計約６５分間であった。
有機系爆薬の組成と容器雰囲気と爆発回数（実施回数）とダイヤ収率との関係を表１に示した。

〔実施例２，３〕
実施例２では、円柱状の合成用爆薬の組成をＲＤＸ５質量％及びＴＮＴ９５質量％（炭素原子含有率３６．０質量％、酸素バランス−０．７１ｇ、爆轟圧１９．５ＧＰａ、爆轟温度３４６６Ｋ）として、前記実施例１と同じ操作を行なった。
その結果、使用した爆薬量に対して２．２０質量％のクラスターダイヤモンドを得た。
さらに、実施例３では、円柱状の合成爆薬の組成をＨＭＸ８０質量％及びＧＡＰ２０質量％（炭素原子含有率２０．３質量％、酸素バランス−０．４２、爆轟圧３０．１ＧＰａ、爆轟温度３２９７Ｋ）として、前記実施例１と同じ操作を行なった。
その結果、使用した爆薬量に対して５．１１質量％のクラスターダイヤモンドを得た。
また、実作業に要した時間は、実施例２，３ともに前記実施例１と同じく、爆薬供試体準備から起爆終了までに約３５分間、爆発生成物回収に約３０分間、合計約６５分間であった。
実験条件と結果を表１にそれぞれ示した。

〔実施例４〕
合成用爆薬約１８０ｇ（ＲＤＸ６０質量％及びＴＮＴ４０質量％）に角柱状の起爆薬２０ｇ（ＲＤＸ７５質量％及びＧＡＰ２５質量％）及び６号電気雷管を取りつけ、前記実施例１と同じ方法で、圧力容器内に設置し、起爆した。起爆後、５分間静置させたのち、爆発容器の上蓋を開け、爆発生成物を圧力容器内から取り出すことなく残したままで、同様に合成用爆薬を設置し、蓋を閉め、再び窒素雰囲気下にして起爆した。これらの操作を計７回繰り返し起爆を実施（合成用爆薬の総計量：１２４０ｇ）して、最後に爆発生成物を回収・精製して６４．７ｇのクラスターダイヤモンドを得た。
このダイヤモンドは、前記実施例１と同様に結晶子サイズが４〜６ｎｍ、凝集体で５０％粒子径１５０〜２００ｎｍであった。得られたクラスターダイヤモンド量は、爆薬量に対し、５．２２質量％であった。また、実作業に要した時間は、１回目の爆薬供試体準備から７回目の起爆終了までに約２１０分間、爆発生成物回収に約３０分間、合計約２４０分間であった。１回あたり平均して約３４分間となった。
実験条件と結果を表１に示した。

〔実施例５，６〕
実施例５では、円柱状の合成爆薬の組成をＲＤＸ５質量％及びＴＮＴ９５質量％として、前記実施例４と同じ操作を行なった。
その結果、使用した爆薬量に対して２．９５質量％のクラスターダイヤモンドを得た。
さらに、実施例６では、円柱状の合成爆薬の組成をＨＭＸ８０質量％及びＧＡＰ２０質量％として、実施例４と同じ操作を行なった。
その結果、使用した爆薬量に対して５．７８質量％のクラスターダイヤモンドを得た。
また、実作業に要した時間は、実施例５，６ともに前記実施例４と同じく、１回目の爆薬供試体準備から７回目の起爆終了までに約２１０分間、爆発生成物回収に約３０分間、合計約２４０分間であった。１回あたり平均して約３４分間となった。
実験条件と結果を表１にそれぞれ示した。

〔比較例１〜３〕
前記実施例４〜６の比較として比較例１〜３を実施した。比較例１〜３では、圧力容器内に窒素ガスを封入しない（空気１気圧、酸素濃度約２０体積％）こと以外は、前記実施例４〜６と同じ爆薬組成物から同じ方法で生成物を得た。
その結果、比較例１では使用した爆薬量に対して４．４９質量％のクラスターダイヤモンドを得た。同様に、比較例２では２．１０質量％、比較例３では、４．６２質量％のクラスターダイヤモンドを得た。
また、実作業に要した時間は、比較例１〜３ともに、１回目の爆薬供試体準備から７回目の起爆終了までに約１９０分間、爆発生成物回収に約３０分間、合計約２２０分間であった。１回あたり平均して約３２分間となった。
実験条件と結果を表１にそれぞれ示した。

〔考察〕
空間部容積が０．０９ｍ³である圧力容器を用いた実施例４と比較例１から、圧力容器内の空間部に空気を満たして合成した場合と有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスとして窒素を満たした状態で合成した場合の結果を比較すると、１８０ｇの爆薬と小型の圧力容器を用いた場合でも、ダイヤ収率は、空気雰囲気下で合成した比較例１の４．４９質量％よりも、窒素ガス雰囲気下で合成した実施例４の５．２２質量％の方が高く、圧力容器内の空間部に窒素ガスを満たして合成することで、ダイヤ収率を１６．３％高くすることができた。
また、同様に実施例５では比較例２に比べてダイヤ収率を４０．５％高く、実施例６では比較例３に比べて収率を２５．１％高くすることができた。
一方、１回あたりの合成作業に要した時間は、実施例４では約３４分間であり、比較例１の約３２分間と比較すると、窒素ガスの封入に要した僅か約２分間延長しているのみであり、この時間の合成作業全体に占める割合は極めて小さい。
同様に、実施例５と比較例２、及び、実施例６と比較例３も同じ傾向となった。
すなわち、圧力容器内の空間部に窒素ガスを満たすことで、作業時間を殆ど変えずにダイヤ収率を高くすることができ、高効率にダイヤを合成できることが明らかとなった。

また、実施例１と実施例４から、１回合成した場合と７回連続合成した場合の結果を比較すると、ダイヤ収率は、１回合成した実施例１の４．１６質量％よりも、連続的に合成した実施例４の５．２２質量％の方が高く、連続合成することでダイヤ収率を２５．５％高くすることができた。
また、同様に実施例５では実施例２に比べてダイヤ収率を３４．１％高く、実施例６では実施例３に比べて収率を１３．１％高くすることができた。
さらに、１回あたりの合成作業に要した時間も、実施例１の６５分間よりも実施例４の３４分間のほうが短くなり、連続合成することで１回あたりの作業時間を４７．７％に短縮することができた。
同様に、実施例２と５、および、実施例３と６も、同じ傾向となった。
すなわち、連続合成は１回合成に比べてダイヤ収率が高く、かつ作業時間が短いことから、連続合成によって高効率にダイヤを合成することができた。

本発明の爆発合成方法を実施する合成装置の一例を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１：圧力容器
２：空間部
３：起爆手段
４：有機系爆薬
５：起爆用爆薬
６：電気雷管
７：冷却剤
８：袋体
９：有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガス
１０ボルト
１１：底板
１２：蓋
１３：フランジ部
１４：Ｏ−リング
１５：吊材
１６：フックボルト
１７：アイボルト
１８：緩衝材

Claims (6)

1. 爆薬を爆発させる第１工程、爆発生成物を回収して回収物を精製する第２工程からなるクラスターダイヤモンドの合成方法において、第１工程が、
   圧力容器内の空間部略中央に、起爆手段を有する有機系爆薬を冷却剤を介して袋体に収容した状態で配置し、かつ前記袋体の外側空間部を有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たした条件下で、前記起爆手段により有機系爆薬を爆発させることを特徴とするクラスターダイヤモンドの合成方法。
2. 袋体の材質が炭化水素系高分子材料からなることを特徴とする請求項１に記載のクラスターダイヤモンドの合成方法。
3. 有機系爆薬は炭素原子含有率が１５質量％以上、酸素バランスが負であり、爆轟圧が１８ＧＰａ以上、爆轟温度が３０００Ｋ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラスターダイヤモンドの合成方法。
4. 第１工程を複数回連続的に行った後、第２工程を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクラスターダイヤモンドの合成方法。
5. 圧力容器内の空間部略中央に、起爆手段を有する有機系爆薬を冷却剤を介して袋体に収容した状態で吊設し、かつ前記袋体の外側空間部を有機系爆薬中の炭素原子に対して不活性なガスで満たしたことを特徴とするクラスターダイヤモンドの合成装置。
6. 圧力容器は開閉自在であることを特徴とする請求項５に記載のクラスターダイヤモンドの合成装置。

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