JP2012515079A - 単結晶ダイヤモンドを製造するための高圧高温(hpht)方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2(a)
Description
ダイヤモンド合成の従来の方法では、数カラット(約8mmの最大横寸法)までの単結晶ダイヤモンドを生成できる。いくつかの例外的に大型のストーンがR.C.Burns et al, Diamond and Related Materials,8(1999)、1433〜1437に報告されたが、これは製造が非常に複雑なために日常的には利用できない。
各結晶の総体積の、最終製品に使用できる割合を最大化することは、ダイヤモンド合成では重要な課題である。合成宝石からホモエピタキシャル成長の基板に及ぶ範囲の製品では、目標用途での使用に好ましい結晶面にアクセスするために、最小労力で加工できる、成長ダイヤモンドの最終的な形状を有するダイヤモンド材料を製造する傾向がある。さらに、これらの製品の多くには、特定のサイズしきい値を超える結晶にとって、該形状が達成されることを有利にするサイズ要件がある。
成長温度を変化させることによって、HPHT合成ダイヤモンド結晶の形態をある程度までは調整できる。しかしながら、形態を調整するために温度だけを使用して、極端に立方体または八面体に結晶を製造するには限界がある。
適切な大きさの材料を製造するためには、一般に、ハードウェア制御の失敗と成長のばらつきの危険性が高まる、長い合成サイクル時間が必要である。さらに、成長空間を確保するために種子数が大きく減らされる。この併用効果によって、産業用合成能力のかなり集中的な使用をもたらし、市場での入手性を著しく低減させる。
大型ダイヤモンドの成長に関連する第2の問題点は、形状、サイズのばらつき、および包含物の取り込みの両方で結晶品質を制御することであり、一般にストーンが大きくなるほど、1つまたは複数のこれらの品質の問題点が発生する可能性が高くなる。
第3の問題点は、所望の工具を製造する前に発生する必要がある、前準備または材料除去の量である。合成したままの材料が、所望の工具部品の正味の形状に近い形状で提供されれば、合成ダイヤモンドのバルクから工具部品に変換するよりも、処理コストが低減される。これによって材料の利用を増し、合成能力を増加でき、正味の形状要件近くに合致するように材料をより効率的に合成できるので、結果として種子の密度を高くし、サイクル時間を短縮し、それ故に合成サイクル当たりの適切なダイヤモンドの数を増大させる。
米国特許第4,836,881号の方法では、過剰な包含物の形成を避けながら、高品質な単結晶ダイヤモンドを製造するためには、プロセスの初期段階中に、エッチングおよびその後に種子表面から損傷を除去することにつながる、種子の真上に溶解層を与えることが必要であることを教示している。第2の段階は、溶媒スラッグの形状と寸法をあつらえることによって、表面への炭素の流れを制御することである。
国際特許出願公開番号WO2008/107860号では、アスペスト比が少なくとも1.5を有する成長表面を持つ種子が選択された、単結晶ダイヤモンドを製造するためのHPHT方法が記述されている。ここでは、金属包含物含有量を低減する合成単結晶ダイヤモンド材料を製造することが報告されている。
(a)2つの直交する寸法がa*とb*である成長表面を有する単結晶ダイヤモンド種子を選択する工程であって、ここで、a*は前記成長表面の平面内の<100>方向または<110>方向に沿って実質的に配列する、前記成長表面の最長寸法であり、b*は、前記成長表面の平面内にあるa*に直交する方向の、前記成長表面の最長寸法であり、a*/b*で定義される前記成長表面のアスペスト比は少なくとも1であり、前記成長表面は{110}結晶方位を有する工程と、
(b)種子の成長表面が露出され、種子の成長表面が実質的に基板の表面と平行になるように、基板の表面上または中に種子を取り付ける工程と、
(c)単結晶ダイヤモンドが少なくとも種子の成長表面の上で生成される条件下で、1280℃から1390℃の温度範囲の高圧高温環境で結晶成長を生じさせる工程であって、合成された単結晶ダイヤモンドの最長寸法である<100>または<110>方向に沿って配列するa#は、少なくとも2mmを超える工程と、を含む。
本発明の発明者らは、合成単結晶ダイヤモンド材料によって表される形態、すなわち立方体面または八面体面の組み合わせは、種子の結晶方位の選択によって影響を及ぼすことができることを見出した。たとえば、結果的に立方体成長を維持する成長環境で、立方体種子(すなわち{001}成長表面を有する種子)から成長したダイヤモンドは、最終的な形状として正方形面ブロックを生成し、その一方で{110}配向面から成長したダイヤモンドは、その6つの面の1つの対角からスライスされた{100}面半立方体と等価である最終的な形状を生成できる。
または、結晶成長中に1350℃から1390℃の範囲に温度を制御することによって、生成された単結晶ダイヤモンド材料は「ホット(hot)」形態を有する。これは、合成したままの材料は「八面体」形態を有することを示す。これは、八面体に近いので、単一ポイントの目直し用途に役立つことが利点である。該工具は、一般にピラミッド形状の先端を有し、このピラミッド形状の先端の端部に小さな平面が形成される。本発明の方法によって生成された、合成したままの材料の八面体形態は、該用途で通常見られる低耐摩耗性{100}表面とは対照的に、先端端部に{110}面が形成されることを意味する。
合成したままのストーンの形態を、その「結晶形態指標」または「CMI」で表すことができる。これは、ここ数年間本発明の分野において使用されたきた尺度である。本質的に、CMIは、0から8までの尺度のマッチング{111}面によって作られる平面で見られる、各立方角の小部分のカットバック(cut back)である。完全な立方体(6個の{100}ファセットを含む)のCMIは0であり、完全な八面体(8つの{111}ファセットを含む)のCMIは8である。完全な立方八面体(6つの{100}ファセットと8つの{111}ファセットを含む)のCMIは4である。{100}型面と{111}型面の混合面で囲まれる結晶のCMI値は、0より大きく8未満である。
本明細書で使用される場合に「八面体」という用語は、<100>エッジおよび<110>エッジを有する{110}結晶方位を持つ成長表面の種子から成長し、{100}面、{110}面および{111}面を組み合わせた表面であるピラミッド形状を含む、単結晶ダイヤモンド材料を表す。特に、底面は{110}面と平行で、<100>方向と平行に底面と交差する錐面は{100}面であり、<110>方向と交差する錐面は{111}面である。ピラミッドの頂点には、底面と平行な小さな{110}ファセットがしばしば存在する。メジャーファセット交点に、{110}、{113}、{115}等の他のマイナーファセットが存在してもよい。
この形態は、理想的な場合には、外側表面のすべての8表面が、{111}を形成する天然の八面体ストーンとは、同一ではないことに留意されたい。
本明細書で使用される場合に「最長寸法」という用語は、結晶方位などの所定の追加条件を満たす、最大または最も大きい寸法をいう。
本発明の方法の第1のステップは、成長表面が{110}結晶方位であり、アスペスト比が少なくとも約1である単結晶ダイヤモンド種子を選択することである。
本発明の方法に使用される単結晶ダイヤモンド種子は、未加工のダイヤモンド材料から、{110}面に近い表面を有するダイヤモンド片を切断することによって製造されてもよい。たとえば機械式ブレードまたは適切なレーザーを使用して、ダイヤモンドの{110}面から、最終的には{110}面と平行な、対向する<110>エッジおよび<100>エッジ対によって囲まれる成長表面を形成する表面を有する正方形または長方形「ブロック」に種子が切断されてもよい。または、異なる面およびエッジで囲まれる種子を使用することもできる。または、さらに、通常の晶癖を有し、{110}面を溶質に曝し、セラミック種子担体表面と平行に配置することによって、{110}面の成長を促進する指向性を有する合成または天然のダイヤモンドグリットから、種子が供給されてもよい。
単結晶ダイヤモンド種子の成長表面のアスペスト比、a*/b*は、少なくとも約1、好ましくは少なくとも約1.5、好ましくは少なくとも約2.0、好ましくは少なくとも約2.5、好ましくは少なくとも約3、好ましくは少なくとも約4、好ましくは少なくとも約5、好ましくは少なくとも約10である。単結晶ダイヤモンド種子のアスペスト比の選択は、目標となる単結晶ダイヤモンド生成物の寸法アスペスト比に依存する。
種子のアスペスト比が非常に大きい場合には、非静水圧応力が種子にかかり、特に合成温度および圧力の傾斜中に、曲げ、またはクラッキングの何れか、または両方が種子にできる。この効果は、種子の深さ(すなわち、合成中に成長表面となることが意図される表面に対して、垂直方向の種子の寸法)を増すことによって部分的に緩和できる。そうであっても、成長表面のアスペスト比に対する実質的な上限が存在する。成長表面のアスペスト比は、好ましくは約30未満、好ましくは約20未満である。
さらなる態様では、本発明は、ダイヤモンドの高圧高温合成方法を使用した、成長表面に{110}結晶方位を有し、アスペスト比が少なくとも約1.0である単結晶ダイヤモンド種子の使用に関する。
種子から種子上に成長した材料に欠陥が伝搬する傾向があるので、選択された種子が含む欠陥は、最小数であることが好ましい。さらに詳しくは、総合倍率が10倍の光学顕微鏡を使用して観察する場合に、種子の成長表面である表面の、包含物による表面欠陥の平均個数は、1mm2当たり約300個未満であることが好ましく、好ましくは1mm2当たり約100個未満、好ましくは1mm2当たり約80個未満、好ましくは1mm2当たり約60個未満、好ましくは1mm2当たり約30個未満、好ましくは1mm2当たり約10個未満、好ましくは1mm2当たり約5個未満、好ましくは1mm2当たり約2個未満、好ましくは1mm2当たり約1個未満、好ましくは1mm2当たり0個である。
好都合にも、選択された単結晶ダイヤモンド種子の歪みレベルは小さい。これによって多重核形成の発生可能性を低減し、従って種子上に成長させることによって生成される、単結晶ダイヤモンド材料中の金属包含物の含有量を低減するので有利である。ダイヤモンド中の歪みは、最も簡単には、偏光顕微鏡または類似の技術(たとえば、広い領域にわたって結晶の光遅延を決定できる、「Metripol」(Oxford Cyrosystems,オックスフォード,英国)などの機器を使用する)を使用して評価される。完全に歪みの無いダイヤモンドは立方体なので、一対の交差極線間を通過すると黒く見える。不均一歪みを加えると、結晶の立体的対称性が失われ、試料は複屈折を持つようになる。複屈折のレベルは定量化できる。さらに、記録される複屈折のレベルは、材料の中に存在する金属包含物の数に関連している。金属包含物の含有量が多くなるほど、記録される複屈折が大きくなる。従って低複屈折レベルは、包含物の含有量が少ないことを示す。
本発明の方法の工程(a)で選択された単結晶ダイヤモンド種子は、その成長したままの状態で使用されてもよい。または、種子は、本発明の方法にそれを使用する前に、処理工程を経てもよい。該工程が含まれると、種子の表面およびエッジの品質の改良が達成される。たとえば、エッジ欠けを低減するために、1つまたは複数の工程が含まれてもよい。
用語「表面粗さ、Ra」(時々「中心線平均」または「c.l.a.」と称する)とは、スタイラス表面形状測定装置によって、0.08mm長にわたって、英国工業規格BS1134パート1およびパート2に従って測定された平均線からの表面プロファイルの絶対偏差の算術平均を示す。Raの数学的記述(「Tribology」,I.M. Hutchings,Edward Arnold(ロンドン)発行,1992年、8〜9頁によると)は、以下の式である。
本発明の方法は、工程(a)の後であって工程(c)の前に、種子の成長表面が露出され、種子の成長表面が基板の表面と実質的に平行になるように、基板の表面上または中に種子を取り付ける第2の工程(b)を含む。当該技術分野において、基板はしばしば「種子パッド」と称される。
単結晶ダイヤモンド材料の高圧高温(HPHT)合成では、基板は一般に種子パッドであり、種子の成長表面を形成する面が、種子パッドの表面の平面内におおよそ横たわるようなやり方で、その中に種子を圧入する。
本発明の方法の効率を改良するために、2つ以上の単結晶ダイヤモンド種子を基板に取り付けることが好ましく、従って多くの単結晶ダイヤモンドの同時成長ができるようになる。
基板に2つ以上の種子が取り付けられる場合には、基板上に種子を配向させることができる、多くの方法が存在する。より再現性があることから、種子を規則的に配列させることが好ましい。種子の可能な配置の実施例を図1(a)から図1(f)に示す。種子は、他の列と互い違いであっても、互い違いでなくともよい、直線状の列に配置することができ、或いは放射状に、または放射状と直線状の列の組み合わせの配置であってもよい。好ましい配置は、図1(b)に図示する、互い違いの列の配置を使用することである。
最初の種子の寸法がa*×b*であって、隣接する種子と距離dだけ離れ、最終的なストーンの寸法がA×B(AおよびBが測定される方向は、それぞれa*およびb*と同一の方向)であって、良好な成長を保証するためには少なくともDと等しい距離だけ離れなけらばならない場合には、以下の式になる。
d≧D−(A−a*)かつd≧D−(B−b*)
本発明の方法の工程(c)は、単結晶ダイヤモンドが生成されるような条件下で、高圧高温(HPHT)環境で結晶を成長させる工程を含む。
当業者であれば、種子パッド、炭素源および溶媒触媒の正確な配置は、使用される特定の高圧高温装置に特異的であることが分かるであろう。
工程(c)のHPHTプロセスは、好ましくは最長寸法が少なくとも約2mmの種子の成長表面と、実質的に平行な平面内にある面を有する単結晶ダイヤモンドが生成される条件で、実施される。HPHT方法は、温度駆動型であっても、または再構成手段によってもよい(当該技術分野においては「再構成方法」としても知られている)。
または、HPHTプロセスは相平衡などの圧力駆動型、または当業者によく知られている黒鉛変換プロセスであってもよい。
本発明の工程(c)のHPHTプロセスは、1280℃から1390℃の温度範囲で実施される。
代替の実施形態では、HPHTプロセスは、1350℃から1390℃の温度範囲、または、1360℃から1380℃の温度範囲で実施される。これによって、合成したままの「ホット」形態を有する単結晶ダイヤモンド材料を生成する。該材料は、特に、先端に高耐摩耗性が要求される単一ポイントの目直し用途に適切である。
当業者には当然のことであるが、上述して特定された尺度の中で、正確な操作条件は、合成されるべきダイヤモンドの種類によって異なる。たとえば、上記の条件はタイプIbダイヤモンドの合成に適切であるが、タイプIIaおよびIIbダイヤモンドの合成のためのプロセスウィンドウは、ウィンドウの位置およびウィンドウのサイズの両方の面から異なるであろう。
さらに、本発明の方法は、工程(c)の後に残存溶媒触媒を除去する追加の工程を含んでもよい。この工程は、たとえば、熱王水に溶解、または当該技術分野において知られているいずれかの他の技術によって達成されてもよい。
好ましくは合成したままの単結晶ダイヤモンド材料は、種子の成長表面と実質的に平行な主面を有し、主面の平面内の<100>方向または<110>方向に沿って実質的に配列する最長寸法は、少なくとも約2mmを超える。
従って、本発明は、主面を有し、合成したままのアスペスト比がA#/B#が少なくとも約1であって、主面のエッジの最長寸法が少なくとも約2mmである合成単結晶ダイヤモンド材料を提供する。
HPHT方法によって製造された合成ダイヤモンドは、フォトルミネッセンス(PL)スペクトルによって同定できる固有の特徴を有する。これらは、溶媒金属触媒から個々の金属原子をダイヤモンド格子の中に取り込むことに関連する。該固有の特徴は、本発明の材料中で観察される。
ニッケル含有溶媒触媒を使用して合成されたダイヤモンドの632.8nmでの励起は、657.7nm,722.8nm,793.2nm,807.6nm,868.8nm,882.6nmおよび884.7nmでニッケル関連の特徴を示す。さらにニッケル関連の特徴は、532nm励起で728nm,707nm,751nmで観察される。881nmで格子間位置のNi+によると考えられる特徴がある。HPHT合成ダイヤモンドのFTIRスペクトルでは、1332cm-1でN+(イオン化された単置換型窒素)による吸収特徴を有することがあり;これは、N+およびNi-を生成するNiとNとの間の電荷移動によって形成されると考えられる。2者の間に関係があるので、1332cm-1での吸収係数は、Ni-の濃度を決定することに使用できる。ある従来技術では、特定のストーンで局所的なNi濃度が100ppmより高いと報告されている。
または、本発明の単結晶ダイヤモンド材料の外的形態は主に八面体であり、すなわち成長したままのストーンの表面積の少なくとも約10%、好ましくは少なくとも約15%、好ましくは少なくとも約20%は、{111}型面を含む。成長したままのストーンの表面積の好ましくは約15%、好ましくは少なくとも約20%、好ましくは少なくとも約25%は、{100}型面を含む。残余の表面は、{110}型面、{113}型面および{115}型面の混合面を含む。{100}型面または{111}型面ではない領域であって、{110}ではない割合は表面積の約20%未満が好ましく、好ましくは約15%未満、好ましくは約10%未満である。
主に立方体または主に八面体の外的形態を有する単結晶ダイヤモンドを生成することによって、ダイヤモンド材料を、関心のある用途で使用できる形態に加工するために要求される工程の数が最小化される。
本明細書で使用する場合の用語「実質的に平行」は、その方向または面が、参照される方向または面に対して平行から、およそ20°以内、好ましくはおよそ15°以内、好ましくはおよそ10°以内、好ましくはおよそ5°以内または0°であることを要する。
本明細書で使用する場合の用語「実質的に垂直」は、その方向または面が、参照される方向または面に対して垂直から、およそ20°以内、好ましくはおよそ15°以内、好ましくはおよそ10°以内、好ましくはおよそ5°以内または0°であることを要する。
技術用語「合成したままの」は、単結晶ダイヤモンド材料がこの成長したままのアスペスト比を有し、かつ言及されたアスペスト比を得るためにさらに処理工程を要しないことを要する。
該寸法を有する単結晶ダイヤモンドは特に切断用途で望ましい。
本発明の方法によって製造された合成したままの単結晶ダイヤモンド材料は、さらに1つまたは2つの支配的な成長セクターを含むことによって特徴付けられる。好都合にも、合成したままの単結晶ダイヤモンド材料の最長寸法は概念的表面S#上にあり、表面S#が、実質的に種子面と平行である、単結晶ダイヤモンド材料の合成したままの外側表面と少なくとも1つのポイントで接触する。
本発明の合成したままの単結晶ダイヤモンドから調製される生成物は、好ましくは、{100}成長セクターおよび/または{111}成長セクターの少なくとも約60体積%、好ましくは少なくとも約70体積%、好ましくは少なくとも約80体積%、好ましくは少なくとも約85体積%、好ましくは少なくとも約90体積%、好ましくは少なくとも約95体積%、好ましくは少なくとも約98体積%を含む。
または、使用されることが意図されている用途で必要とされる場合には、本発明の単結晶ダイヤモンド材料は、面状に切断、または鋸引きされてもよい。ダイヤモンドが切断される場合には、当該技術分野において知られている方法が使用されてもよい。たとえば、従来のダイヤモンドソーヤーブレード(微細なダイヤモンド粒子を含浸させたリン青銅ディスク)を使用して、および/または、典型的には1.06μmの波長で動作するNd:YAGレーザーを使用するレーザー鋸引きシステムによって切断される。典型的に成長したままのストーンを鋸引きして、種子面(すなわち種子の成長表面に平行かつ近接して鋸引きする)を除去する。
従って、さらなる態様では、本明細書で定義される合成単結晶ダイヤモンド材料から切断される、合成された単結晶ダイヤモンド生成物が提供される。
本発明の合成単結晶ダイヤモンド材料は、さらに単一ポイントの目直し用途およびノミの目直し用途に特に有用である。
この点に関しては、さらなる態様では、本明細書で定義される合成単結晶ダイヤモンド材料を含む切断工具が提供される。
本発明の合成単結晶ダイヤモンド材料は、化学蒸着プロセスによる、ホモエピタキシャルダイヤモンドの合成用の基板として使用されることにさらに好都合である。
本発明を以下の図および実施例を参照して以下に記載するが、いかなる場合にも特許請求の範囲に記載した保護の範囲を制限するものではない。
図1(b)では、種子は列になって配列され、ある列の種子は隣接した列の種子に対して位置がずれている。
図1(c)では、種子は基板上の中心点から放射状に外側に広がるように配列される。
図1(e)では、種子(2)は基板(3)上に列になって配列される。それぞれの列の種子は、他の2つの列の種子と隣接している。所定の列(8)のすべての種子は隣の列(12)の種子と位置を合わせて整列し、他の列(10)の種子との関係では位置がずれて配列される配置となる。
図1(f)では、種子(2)は円形の基板(3)の周りに円周方向に配列される。
図2(b)は、本発明の方法によって成長したコールド(主に立方体)単結晶ダイヤモンド材料の形態を示す。単結晶ダイヤモンドは{110}面、{100}面および{111}面(それぞれ14、16および18)を有する。
図2(c)は、本発明の方法を使用して生成された単結晶ダイヤモンド材料の研磨面の概略図である。合成中は種子と実質的に平行な面(20)は、{110}結晶方位を有する。
図4(b)は、本発明の実施例2によって製造された立方体単結晶材料の平面図である。
HPHT合成ダイヤモンドから製造された89個の種子の組が選択された。種子は研磨された上端(成長)表面(スタイラス表面形状測定装置を使用して測定されたRaは100nm未満である)を有し、大きな<110>配向面からNd:YAGレーザーを使用してレーザー切断された。種子は寸法が約0.5mm×0.5mm×0.5mmであるほぼ等軸であるので、アスペスト比は1に近い。種子形状は、成長表面が{110}結晶面から10°以内であり、成長表面のエッジの2つが<110>方向から10°以内である一方、成長表面のエッジの2つが<100>方向から10°以内であった。
種子の間の間隔がおよそ6.4mmであり、列の間の間隔がおよそ6.4mmである正方形配置を使用して、種子を種子パッドに配列した。
種子を搭載した種子パッドを、Ni、FeおよびCo(Ni69重量%、Fe26重量%、Co5重量%)から成る溶媒金属触媒とともにHPHTプレスカプセルの中に組み込んだ。
組み立てられたカプセルをHPHTプレスの中にロードして、合成圧力5.5GPaおよび温度1380℃に徐々に上げて「ホット」形態の目標合成ダイヤモンドを生成した。
89個のストーンを合成運転から回収した。回収したストーンのサイズは3.5×4.0×2.8mmから4.5×5.5×3.5mmの範囲であり、「ホット」形態を有した。
HPHT合成ダイヤモンドから製造された160個の種子の組が選択された。種子は研磨された上端(成長)表面(スタイラス表面形状測定装置を使用して測定されたRaは100nm未満である)を有し、大きな<110>配向面からNd:YAGレーザーを使用してレーザー切断された。種子は寸法が約0.5mm×0.5mm×0.5mmであるほぼ等軸であるので、アスペスト比は1に近い。種子形状は、成長表面が{110}結晶面から10°以内であり、成長表面のエッジの2つが<110>方向から10°以内である一方、成長表面のエッジの2つが<100>方向から10°以内であった。
隣接する種子の間の間隔がおよそ5.0mmである三角形配置を使用して、種子を種子パッドに配列した。
種子を搭載した種子パッドを、Ni、FeおよびCo(Ni69重量%、Fe26重量%、Co5重量%)から成る溶媒金属触媒と共にHPHTプレスカプセルの中に組み込んだ。
組み立てられたカプセルをHPHTプレスの中にロードして、合成圧力5.5GPaおよび温度1310℃に徐々に上げて「コールド」形態の目標合成ダイヤモンドを生成した。
160個のストーンを合成運転から回収した。回収したストーンのサイズは、2.5×2.9×2.0mmから3.3×3.8×2.6mmの範囲であり、図4(a)および図4(b)に図示する「コールド」形態であった。
Claims (11)
- 単結晶ダイヤモンドを合成する方法であって、
(a)2つの直交する寸法がa*とb*である成長表面を有する単結晶ダイヤモンド種子を選択する工程であって、ここで、a*は前記成長表面の平面内の<100>方向または<110>方向に沿って実質的に配列する、前記成長表面の最長寸法であり、b*は、前記成長表面の平面内にあるa*に直交する方向の、前記成長表面の最長寸法であり、a*/b*で定義される前記成長表面のアスペスト比は少なくとも1であり、前記成長表面は{110}結晶面と実質的に平行である工程と、
(b)前記種子の成長表面が露出され、前記種子の成長表面が実質的に基板の前記表面と平行になるように、前記基板の表面上または中に前記種子を取り付ける工程と、
(c)単結晶ダイヤモンドが少なくとも前記種子の成長表面上で生成される条件下で、1280℃から1390℃の温度範囲の高圧高温環境で結晶成長を生じさせる工程と、を含み、
合成された単結晶ダイヤモンドは、<100>または<110>方向に沿って配列する、少なくとも2mmを超える最長寸法a#を有する方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記単結晶ダイヤモンド種子の前記成長表面のエッジは、<100>方向または<110>方向のいずれか、若しくは<100>方向と<110>方向の混合方向から約20°以内である方法。 - 請求項1または請求項2に記載の方法であって、
工程(c)では、1280℃から1320℃の温度範囲で結晶成長させる方法。 - 請求項1または請求項2に記載の方法であって、
工程(c)では、1350℃から1390℃の範囲温度で結晶成長させる方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の方法であって、
前記単結晶ダイヤモンド種子の前記成長表面の寸法a*が、少なくとも0.25mmである方法。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の方法であって、
前記単結晶ダイヤモンド種子の前記成長表面に対する法線が<110>方向から20°以内にある方法。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の方法であって、
工程(c)では、5GPaから6GPaの圧力範囲で結晶成長させる方法。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の方法であって、
選択された前記ダイヤモンド種子は、前記種子の成長表面の面積の少なくとも約30%が単一成長セクターである方法。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の方法であって、
選択された前記ダイヤモンド種子の表面粗さRaは約100nm未満である方法。 - 請求項1乃至9のいずれかに記載の方法であって、
選択された前記ダイヤモンド種子の歪みレベルは小さく、前記種子の成長表面の少なくとも50%の領域の複屈折は5×10-3未満である方法。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載の方法であって、
前記単結晶ダイヤモンド種子の前記成長表面のa*/b*で定義される前記アスペスト比は1.5未満である方法。
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