JP2571795B2

JP2571795B2 - 紫色ダイヤモンドおよびその製造方法

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Publication number: JP2571795B2
Application number: JP62289748A
Authority: JP
Inventors: 周一佐藤; 一夫辻
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1987-11-17
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: DE3878532D1; EP0316856A1; EP0316856B1; DE3878532T2; US4950463A; ZA888603B; JPH01131014A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、たとえば装飾用途に適した紫色ダイヤモン
ドおよびその製造方法に関するものである。

［従来の技術およびその問題点］従来、着色ダイヤモンドを得る方法としては、天然原
石に電子線照射を施し、真空下でアニーリングを行なう
ことにより、各種のカラーセンターを作成する方法が行
なわれていた。

カラーセンターは、結晶中の窒素と、電子線照射で生
じた格子欠陥がアニーリングにより結合してできるもの
である。また、格子欠陥単独よりなるものもある。カラ
ーセンターの種類は、窒素の凝集形態によって決まる。
各カラーセンターと色との関係を第１表に示す。

第１表に示した各カラーセンターの作製方法およびそ
れらの特性については、Reportson Progress Physic
s,John Walker,第42巻,1979年「ダイヤモンドの吸光と
発光」に記載されている。また、着色したダイヤモンド
が実際に呈する色は、第１表に示したカラーセンターの
色にダイヤモンド原石のもとの色を重ね合わせた色であ
る。

天然ダイヤモンド原石のもとの色は、第２表のように
分類される。

第２表より明らかなように、第１表のカラーセンター
を着色して効果があるのは、透明無色または淡黄色であ
るII a型ダイヤモンドおよびI a型ダイヤモンドの原石
である。これらの原石は、窒素を全く持たないか、１対
あるいは２対の窒素を持っている。以上のことから、下
記の２色しか着色の効果がないことになる。

青緑色（電子線照射のみによって形成されたGR1セ
ンターによる）黄色（電子線照射とアニーリングによって形成され
たH3,H4センターによる）以上の考察の結果、本発明者らは、Ｎ−Ｖセンターに
より着色された紫色を呈するダイヤモンドは、天然原石
からはほとんど作製できず、しかも透明感があり色彩の
鮮明な紫色ダイヤモンドは天然原石から作製できないと
いう結論に達した。また、Ｎ−Ｖセンターを作製する孤
立型窒素のみを含有するI b型原石は天然原石中におい
て0.2％しか存在しないので、原石の確保も極めて困難
である。

そこで、本発明者らは、100％孤立型窒素を含有するI
b型人工合成ダイヤモンドを用いること考えた。なお、
I b型人工合成ダイヤモンドを用い、電子線照射と真空
下でのアニール処理とによりＮ−Ｖセンターを作製する
方法は、A.T.Collins,Journal of Physics C,Solid
State Physics,16（2177〜2181頁,1983年）に記載さ
れている。しかしながら、着色ダイヤモンドを装飾用途
にするには、透明感があり、色彩が鮮明なことが重要で
あり、従来この問題は解決されていなかった。

本発明の目的は、透明感があり色彩の鮮明な紫色ダイ
ヤモンドおよびそれを量産できる製造方法を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］本発明に係る紫色ダイヤモンドは、I b型窒素の500nm
における吸収係数が0.2〜2cm^-1であり、Ｎ−Ｖセンター
の吸収ピーク570nmにおける吸収係数が0.3〜10cm^-1であ
り、可視域でGR1センター,H2センター,H3センターおよ
びH4センターの吸収係数が0.2cm^-1以下であることを特
徴としている。

本発明に係る紫色ダイヤモンドの製造方法は、結晶中
のI b型窒素の含有量が８×10¹⁷〜1.4×10¹⁹原子/cm³の
範囲にあるI b型人工合成ダイヤモンド結晶を用いる。
そして、当該ダイヤモンド結晶中に、２〜4MeVかつ５×
10¹⁶〜２×10¹⁸電子/cm²の電子線照射を施し、その後、
10^-2Torr以下の真空下において、800〜1100℃の温度
で、25時間以上アリーニングすることを特徴としてい
る。

［手段の説明］（紫色ダイヤモンドについて）透明感は、Ｎ−Ｖセンターの吸収係数とI b型窒素の
吸収係数に依存し、その値が前記範囲にあることが透明
感を得るために重要である。一方、色彩が鮮明であるた
めには、前記Ｎ−ＶセンターおよびI b型窒素の吸収係
数に加えて、可視域で他の吸収の吸収係数が0.2cm^-1以
下であることが重要である。

（Ａ）Ｎ−Ｖセンターの吸収係数について：Ｎ−Ｖセンターでは500〜640nmの間に吸収があり、そ
のピーク値は570nmである。したがって、吸収の中心は
黄色である。この吸収により、結晶は補色の紫色を呈す
る。この吸収が、本発明に係る紫色ダイヤモンドの色を
決定する重要なものである。

透明感は、装飾用途において重要な因子である。これ
はこの吸収係数と相関があり、10cm^-1を超える吸収係数
では透明感が失われる。一方、0.3cm^-1未満の吸収係数
では、紫の色彩が失われ、原石のもとの色である黄色を
呈するようになる。

（Ｂ） I b型窒素の吸収係数について： I b型窒素では、400〜550nmにかけて吸収がある。吸
収の大きくなる範囲は500nm以上で、青，藍，紫色が吸
収されて結晶は補色の黄色を呈する。この黄色は、淡い
場合には、紫色と混ざって明るい紫色を呈し、鮮明感を
与える。この効果は、500nmにおける吸収係数が0.2cm^-1
未満では生じない。また、2cm^-1を超えると、黄色が濃
すぎて結晶の透明感が失われるばかりでなく、黄色が強
くなって紫色を呈しなくなる。

（Ｃ）他の吸収による吸収係数について：可視域で他の吸収（GR1センター,H2センター,H3セン
ター,H4センターによる吸収）が入ると、紫色に濁りが
生じて鮮明感が減少する。鮮明感を維持するためには、
この吸収係数が0.2cm^-1未満であることが重要である。
可視域で生じる他の吸収の代表的な吸収ピークとして
は、550〜740nmに吸収が現われるGR1センターや、650〜
990nmに吸収が現われるH2センターによるものがある。
これらのセンターは赤色付近を吸収するので、吸収係数
が大きくなりすぎると、補色である色が紫色に混ざり、
鮮明感が減少する。

（製造方法について）（Ａ） I b型人工合成ダイヤモンドを用いること：天然ダイヤモンドの場合では、第２表に示すように、
あらゆる形態の窒素原子を含んでいるため、アニーリン
グによって複数種のカラーセンターができる。このた
め、天然ダイヤモンドからＮ−Ｖセンターのみよりなる
原石を作るのは極めて難しい。

I b型人工合成ダイヤモンドは、100％孤立分散型の窒
素原子を含んでいる。このため、人工合成ダイヤモンド
では、100％Ｎ−Ｖセンターよりなる原石を容易に作製
できる。この場合、温度差法によって合成したダイヤモ
ンドの方が、膜成長法で合成したダイヤモンドより、バ
ルク状の内包物質が少なく、大型結晶ができるので好ま
しい。

（Ｂ）窒素含有量について：Ｎ−Ｖセンターの吸収係数およびI b型窒素の吸収係
数と相関が最も強い因子は窒素含有量である。８×10¹⁷
原子/cm³未満の含有量では、Ｎ−Ｖセンターの570nmに
おける吸収係数が0.2cm^-1未満となるか、あるいは、500
nmにおけるI b型窒素の吸収係数が0.3cm^-1未満となる。
また、1.4×10¹⁹原子/cm³を超える含有量では、Ｎ−Ｖ
センターの吸収係数が2cm^-1を超えるか、あるいは、I b
型窒素の吸収係数が10cm^-1を超えるようになる。

（Ｃ）電子線照射について：Ｎ−Ｖセンターをむらなく結晶全体に作製するために
は、電子線照射において格子欠陥をむらなく全体に作る
必要がある。2MeV,5×10¹⁶電子/cm²未満の条件では、結
晶中において格子欠陥濃度が薄くなる場所が生じる。ま
た、4MeVを超えると、内包物が放射化される可能性が出
てくる。２×10¹⁸電子/cm²を超える照射量では、欠陥濃
度が高過ぎ、GR1センターが除去できなくなったり、H2
センターができ始めるという問題が発生する。この場合
には、可視域でＮ−ＶセンターおよびI b型窒素以外に
よる大きな吸収が生じる結果となる。

（Ｄ）アニーリングについて：アニーリング時間を25時間以上にすると、電子線照射
で生じたGR1センターを十分に消去し、かつI b型窒素と
格子欠陥を十分に結合させることができる。25時間未満
では前記効果が十分に得られない。また、10^-2Torrを超
える真空度では、ダイヤモンド表面が黒鉛化する。アニ
ーリング温度が800℃未満の場合には、GR1センターを十
分に除去できず、1100℃を超えると、Ｎ−Ｖセンターが
破壊され始め、紫色が薄れる。

［実施例］実施例１温度差法で合成した７個のI b型人工合成ダイヤモン
ド（窒素含有量が４×10¹⁷〜４×10¹⁹原子/cm³）に、3M
eV,1×10¹⁶〜２×10¹⁹電子/cm²の電子線照射を行なっ
た。その後、10^-3Torrの真空下で、900℃,30時間のアニ
ーリングを行なった。

得られたダイヤモンドにつき、紫外可視分光分析装置
により、Ｎ−Ｖセンター,I b型窒素,GR1,H2センターな
どの吸収係数を測定した。

さらに、該試料を、0.5〜0.6カラット／個の大きさに
ブリリアンカットした。装飾用途としての価値を評価す
るため、無作為に選出した18〜65才までの100人の女性
に該試料を観察させ、下記の項目についてアンケートを
取った。その結果を第３表に示す。

（アンケート質問事項）透明感があるか？鮮明な色彩か？装飾的価値はあるか？なお、第３表に示すアンケート結果は、「はい」と答
えた人数を示している。

実施例２温度差法で合成した３個のI b型合成ダイヤモンド
（窒素含有量が２×10¹⁸原子/cm³）に、3MeV,2×10¹⁸〜
１×10¹⁹電子/cm²の電子線照射を行なった。その後、10
^-4Torrの真空下で、1100℃,10〜40時間の範囲でアニー
リングを行なった。

得られた試料につき、紫外可視分光分析装置により、
Ｎ−Ｖセンター,I b型窒素,GR1センター,H2センターな
どの吸収係数を測定した。

また、該試料を、0.8〜1.2カラット／個の大きさにブ
リリアンカットした。装飾用途としての価値を評価する
ため、実施例１と同様の方法でアンケート調査を行なっ
た結果を第４表に示す。

なお、第４表に示すアンケート結果は、「はい」と答
えた人数を示している。

［発明の効果］本発明によれば、透明感がありかつ鮮明な色彩を持つ
紫色ダイヤモンドが得られるようになる。しかも、本発
明による紫色ダイヤモンドの製造方法によれば、人工合
成ダイヤモンドを原料として本発明特有の工程により紫
色ダイヤモンドを得るので、原石の確保が容易であり、
紫色ダイヤモンドを量産することが可能となる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】I b型窒素の500nmにおける吸収係数が0.2
〜2cm^-1であり、Ｎ−Ｖセンターの吸収ピーク570nmにお
ける吸収係数が0.3〜10cm^-1であり、可視域でGR1センタ
ー,H2センター,H3センターおよびH4センターの吸収係数
が0.2cm^-1以下であることを特徴とする紫色ダイヤモン
ド。
【請求項２】結晶中のI b型窒素の含有量が８×10¹⁷〜
1.4×10¹⁹原子/cm³の範囲にあるI b型人工合成ダイヤモ
ンド結晶を用い、該ダイヤモンド結晶に、２〜4MeVかつ５×10¹⁶〜２×10
¹⁸電子/cm²の電子線照射を施し、その後、10^-2Torr以下の真空下において、800〜1100℃
の温度で、25時間以上アニーリングすることを特徴とす
る紫色ダイヤモンドの製造方法。