JP2614870B2 - 多結晶質ダイヤモンド焼結体の製造法 - Google Patents
多結晶質ダイヤモンド焼結体の製造法Info
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- JP2614870B2 JP2614870B2 JP62258460A JP25846087A JP2614870B2 JP 2614870 B2 JP2614870 B2 JP 2614870B2 JP 62258460 A JP62258460 A JP 62258460A JP 25846087 A JP25846087 A JP 25846087A JP 2614870 B2 JP2614870 B2 JP 2614870B2
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- diamond
- sintered body
- layer
- polycrystalline diamond
- raw material
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
- B01J2203/06—High pressure synthesis
- B01J2203/0605—Composition of the material to be processed
- B01J2203/062—Diamond
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、実質的にダイヤモンド・ダイヤモンド直接
結合からなり、金属不純物が少なく、硬度、絶縁性、熱
伝導性に優れたダイヤモンド焼結体の反応焼結法による
製造法に関する。
結合からなり、金属不純物が少なく、硬度、絶縁性、熱
伝導性に優れたダイヤモンド焼結体の反応焼結法による
製造法に関する。
ダイヤモンド焼結体は、従来からの非鉄金属の加工工
具としてではなく、セラミツクスの切削加工や単結晶で
は実現できない大型のヒートシンクで用いられる可能性
を有している。
具としてではなく、セラミツクスの切削加工や単結晶で
は実現できない大型のヒートシンクで用いられる可能性
を有している。
しかし、既存のダイヤモンド焼結体には金属含有量が
多く、ダイヤモンド単結晶に比べて熱伝導率や硬度等の
物性値は満足すべきものではなく、更に高物性、即ち単
結晶に匹敵する性能を有するダイヤモンド焼結体の出現
が待たれている。
多く、ダイヤモンド単結晶に比べて熱伝導率や硬度等の
物性値は満足すべきものではなく、更に高物性、即ち単
結晶に匹敵する性能を有するダイヤモンド焼結体の出現
が待たれている。
従来、ダイヤモンド焼結体の製造法としては次の方法
が知られている。
が知られている。
（１） ダイヤモンド粉末に各種金属、炭化物、硼化
物、窒化物、またはセラミツクスの粉末を添加混合し、
これを高圧高温処理する方法（特開昭62−91469号公
報、Science172,p1132〜4,（1971））。
物、窒化物、またはセラミツクスの粉末を添加混合し、
これを高圧高温処理する方法（特開昭62−91469号公
報、Science172,p1132〜4,（1971））。
（２） ダイヤモンド粉末層にWC−Co層を積層させて高
圧高温下で焼結する方法（米国特許第3,745,623号明細
書）。
圧高温下で焼結する方法（米国特許第3,745,623号明細
書）。
（３） 金属等無添加ダイヤモンド粉末を超高圧高温処
理する方法（Science,169,p868〜9,（1970））。
理する方法（Science,169,p868〜9,（1970））。
（４） 黒鉛粉末と黒鉛・ダイヤモンド転換触媒金属を
混合し、超高圧高温処理を施すことにより１工程で黒鉛
からダイヤモンド焼結体を得る方法（特公昭38−17807
号公報、特開昭55−167117号公報）。
混合し、超高圧高温処理を施すことにより１工程で黒鉛
からダイヤモンド焼結体を得る方法（特公昭38−17807
号公報、特開昭55−167117号公報）。
しかし、（１）と（２）で得られる焼結体には少なく
ともダイヤモンド以外の物質を５容量％以上含み、金属
セラミツクス相がダイヤモンド粒子間に介在するので、
絶縁性、熱伝導性においてはるかにダイヤモンド単結晶
に劣る。また、ダイヤモンド粉末の合成と焼結の２工程
で超高圧高温処理を要するため高価なものになる。
ともダイヤモンド以外の物質を５容量％以上含み、金属
セラミツクス相がダイヤモンド粒子間に介在するので、
絶縁性、熱伝導性においてはるかにダイヤモンド単結晶
に劣る。また、ダイヤモンド粉末の合成と焼結の２工程
で超高圧高温処理を要するため高価なものになる。
（３）の製法では、焼結に要する圧力・温度が極めて
高く、超高圧力装置が大型化するため、これを工業的に
利用するのは難しい。
高く、超高圧力装置が大型化するため、これを工業的に
利用するのは難しい。
（４）の製法では、ダイヤモンド転換用触媒成分を少
なくとも20容量％用いるため、（１）や（２）で得られ
る焼結体と同様にして焼結体物性に劣るという欠点があ
る。
なくとも20容量％用いるため、（１）や（２）で得られ
る焼結体と同様にして焼結体物性に劣るという欠点があ
る。
本発明は、ダイヤモンド粒子−ダイヤモンド粒子直接
結合により構成され、粒界に金属相を殆んど含まない、
より高硬度、高絶縁性、高熱伝導性のダイヤモンド焼結
体の製造法を提供することを目的とする。
結合により構成され、粒界に金属相を殆んど含まない、
より高硬度、高絶縁性、高熱伝導性のダイヤモンド焼結
体の製造法を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、炭素原料層、ダイヤモンド転換触媒
層及びダイヤモンド薄膜層からなる積層物をダイヤモン
ド安定領域で超高圧高温処理することを特徴とする多結
晶質ダイヤモンド焼結体の製造法である。
層及びダイヤモンド薄膜層からなる積層物をダイヤモン
ド安定領域で超高圧高温処理することを特徴とする多結
晶質ダイヤモンド焼結体の製造法である。
以下、さらに詳しく本発明について説明する。
まず、本発明で使用される炭素原料としては、無定形
炭素、黒鉛、及び炭素と黒鉛との中間的な構造物があげ
られるが、中でも高純度炭化水素ガスを熱分解して得ら
れる熱分解黒鉛が好ましい。このような熱分解黒鉛は、
高純度のメタン、プロパン等の炭化水素ガスを10〜100T
orrの減圧下で1,200〜2,400℃の高温基体上に熱分解に
より析出させることによつて得ることができ、不純物は
10ppm以下と極めて高純度なものである。半導体用とし
て市販されている高純度黒鉛も本発明には好適である。
炭素原料は板状等の成型体として使用するのが好ましい
が、粉末で用いても超高圧高温処理する前にはプレスさ
れて成型体となるのでその使用は一向に差支えない。
炭素、黒鉛、及び炭素と黒鉛との中間的な構造物があげ
られるが、中でも高純度炭化水素ガスを熱分解して得ら
れる熱分解黒鉛が好ましい。このような熱分解黒鉛は、
高純度のメタン、プロパン等の炭化水素ガスを10〜100T
orrの減圧下で1,200〜2,400℃の高温基体上に熱分解に
より析出させることによつて得ることができ、不純物は
10ppm以下と極めて高純度なものである。半導体用とし
て市販されている高純度黒鉛も本発明には好適である。
炭素原料は板状等の成型体として使用するのが好ましい
が、粉末で用いても超高圧高温処理する前にはプレスさ
れて成型体となるのでその使用は一向に差支えない。
ダイヤモンド転換触媒としては、従来より知られてい
るもので充分であり、その一例をあげるとニツケル、コ
バルトである。ダイヤモンド転換触媒は炭素原料の表面
に位置し、その形態は膜状であることが好ましい。炭素
原料面にその膜を形成させるには、化学気相析出法、真
空蒸着法、スパツタ法等が採用される。膜の厚味として
は、炭素原料層が1,500μｍである場合５μｍ以上特に1
0〜30μｍが望ましい。
るもので充分であり、その一例をあげるとニツケル、コ
バルトである。ダイヤモンド転換触媒は炭素原料の表面
に位置し、その形態は膜状であることが好ましい。炭素
原料面にその膜を形成させるには、化学気相析出法、真
空蒸着法、スパツタ法等が採用される。膜の厚味として
は、炭素原料層が1,500μｍである場合５μｍ以上特に1
0〜30μｍが望ましい。
ダイヤモンド薄膜層は、結晶生長の核となるものであ
り、ダイヤモンド転換触媒層の表面に位置する。膜の厚
味としては、前記条件の場合に３μｍ以上特に５μｍ以
上が好ましい。ダイヤモンド薄膜にはいくつかの製造法
が知られており、本発明ではそれらのいずれの方法も採
用される。その一例をあげると、メタン・水素混合気体
を減圧下でプラズマ照射することによりシリコンやその
他の金属基板上にダイヤモンド膜を形成し、フツ酸処理
により基板を取り除くことで目的とするダイヤモンド薄
膜が得られる。また、基板に炭素・ダイヤモンド転換触
媒の２層構造物を用い、これのダイヤモンド転換触媒層
上にダイヤモンド薄膜を合成すれば本発明に係る積層物
を得ることができる。
り、ダイヤモンド転換触媒層の表面に位置する。膜の厚
味としては、前記条件の場合に３μｍ以上特に５μｍ以
上が好ましい。ダイヤモンド薄膜にはいくつかの製造法
が知られており、本発明ではそれらのいずれの方法も採
用される。その一例をあげると、メタン・水素混合気体
を減圧下でプラズマ照射することによりシリコンやその
他の金属基板上にダイヤモンド膜を形成し、フツ酸処理
により基板を取り除くことで目的とするダイヤモンド薄
膜が得られる。また、基板に炭素・ダイヤモンド転換触
媒の２層構造物を用い、これのダイヤモンド転換触媒層
上にダイヤモンド薄膜を合成すれば本発明に係る積層物
を得ることができる。
以上の炭素原料層、ダイヤモンド転換触媒層及びダイ
ヤモンド薄膜層からなる積層物をダイヤモンド安定領域
で超高圧処理を行なう。その条件はダイヤモンド転換触
媒が解け触媒作用を示す６万気圧以上、1800℃以上が好
ましい。装置としては、例えば特開昭62−91469号公報
に示されているものが使用され、その際、前記積層物の
超高圧セル内の配置については、炭素原料層がセルの中
央に位置するように周囲のNaCl−ZrO2粉末層で調節する
のがよい。これによつて、触媒がより高温の炭素原料層
に移動しやすくなるので、ダイヤモンドへの転換が促進
されると共にダイヤモンド結体に触媒が残存しにくくな
り、高純度のものが得られやすくなる。
ヤモンド薄膜層からなる積層物をダイヤモンド安定領域
で超高圧処理を行なう。その条件はダイヤモンド転換触
媒が解け触媒作用を示す６万気圧以上、1800℃以上が好
ましい。装置としては、例えば特開昭62−91469号公報
に示されているものが使用され、その際、前記積層物の
超高圧セル内の配置については、炭素原料層がセルの中
央に位置するように周囲のNaCl−ZrO2粉末層で調節する
のがよい。これによつて、触媒がより高温の炭素原料層
に移動しやすくなるので、ダイヤモンドへの転換が促進
されると共にダイヤモンド結体に触媒が残存しにくくな
り、高純度のものが得られやすくなる。
以下、実施例をあげてさらに具体的に説明する。
実施例１ 炭素原料層として、メタンの熱分解を2,000℃、50Tor
r5時間の条件で行ない、φ10×厚さ1.5mmの熱分解黒鉛
成型体を製造した。これに塩化ニツケルの水素還元法を
用いた減圧CDを850℃で４時間行なつて10μｍ（２重量
％）のニツケル膜を析出させた。次に、プラズマCVD法
（水素99％、メタン10％混合気体、圧力30Torr、マイク
ロ波出力700W）でシリコン基板上にダイヤモンド膜を形
成し、フツ酸処理を施し、約５μｍの厚さのダイヤモン
ド薄膜を得、前記のニツケル膜に積層した。この積層物
を、特開昭62−91469号公報に示されたセルに積層物の
炭素原料層が中央に位置するように配置し6.5万気圧、
温度1,800℃の条件下で１時間保持した後冷却した。
r5時間の条件で行ない、φ10×厚さ1.5mmの熱分解黒鉛
成型体を製造した。これに塩化ニツケルの水素還元法を
用いた減圧CDを850℃で４時間行なつて10μｍ（２重量
％）のニツケル膜を析出させた。次に、プラズマCVD法
（水素99％、メタン10％混合気体、圧力30Torr、マイク
ロ波出力700W）でシリコン基板上にダイヤモンド膜を形
成し、フツ酸処理を施し、約５μｍの厚さのダイヤモン
ド薄膜を得、前記のニツケル膜に積層した。この積層物
を、特開昭62−91469号公報に示されたセルに積層物の
炭素原料層が中央に位置するように配置し6.5万気圧、
温度1,800℃の条件下で１時間保持した後冷却した。
得られた焼結体をダイヤモンドホイールで研磨し光学
顕微鏡で観察した結果、均質で粒界に触媒層の認められ
ない組織からなる焼結体であることが確認された。ま
た、Ｘ線回折測定の結果、２θが44゜付近にダイヤモン
ドの111回折線が認められ、２θが55゜付近のグラフア
イト004回折線は認められなかつた。
顕微鏡で観察した結果、均質で粒界に触媒層の認められ
ない組織からなる焼結体であることが確認された。ま
た、Ｘ線回折測定の結果、２θが44゜付近にダイヤモン
ドの111回折線が認められ、２θが55゜付近のグラフア
イト004回折線は認められなかつた。
実施例２ プロパンの熱分解を1600℃、50Torr、５時間の条件で
行ない、φ10×厚さ1mmの高純度熱分解黒鉛成型体を得
た。これに塩化コバルトの水素還元法を用いた減圧CVD
法により約10μｍ（３重量％）のコバルト膜を析出させ
た。次に、この炭素・コバルト積層物のコバルト表面に
実施例１と同様の方法でダイヤモンド薄膜を合成し、目
的とする積層物を得た。これを万気圧、温度1800℃の条
件下で１時間保持後徐冷した。得られた焼結体をダイヤ
モンドホイールで研磨し光学顕微鏡で観察した結果、均
質で粒界に触媒層の認められない組織からなる焼結体で
あることが確認された。
行ない、φ10×厚さ1mmの高純度熱分解黒鉛成型体を得
た。これに塩化コバルトの水素還元法を用いた減圧CVD
法により約10μｍ（３重量％）のコバルト膜を析出させ
た。次に、この炭素・コバルト積層物のコバルト表面に
実施例１と同様の方法でダイヤモンド薄膜を合成し、目
的とする積層物を得た。これを万気圧、温度1800℃の条
件下で１時間保持後徐冷した。得られた焼結体をダイヤ
モンドホイールで研磨し光学顕微鏡で観察した結果、均
質で粒界に触媒層の認められない組織からなる焼結体で
あることが確認された。
実施例３ 実施例１と同様の方法で熱分解黒鉛成型体を製造し、
その表面に塩化鉄の水素還元法を用いた減圧CVD法によ
り、約15μｍ（2.5重量％）の鉄膜を析出させ、さらに
その表面に実施例１と同様のプラズマCVD法によりダイ
ヤモンド薄膜を形成させた。これを実施例１と同様の方
法で超高圧高温処理した。得られた焼結体をダイヤモン
ドホイールで研磨し、光学顕微鏡で観察した結果、均質
で粒界に触媒層の認められない組織からなる焼結体であ
ることが確認された。
その表面に塩化鉄の水素還元法を用いた減圧CVD法によ
り、約15μｍ（2.5重量％）の鉄膜を析出させ、さらに
その表面に実施例１と同様のプラズマCVD法によりダイ
ヤモンド薄膜を形成させた。これを実施例１と同様の方
法で超高圧高温処理した。得られた焼結体をダイヤモン
ドホイールで研磨し、光学顕微鏡で観察した結果、均質
で粒界に触媒層の認められない組織からなる焼結体であ
ることが確認された。
本発明によれば、均質で粒界に触媒層の認められない
組織からなる多結晶質ダイヤモンド焼結体を製造するこ
とができる。
組織からなる多結晶質ダイヤモンド焼結体を製造するこ
とができる。
Claims (1)
- 【請求項１】炭素原料層、ダイヤモンド転換触媒層及び
ダイヤモンド薄膜層からなる積層物をダイヤモンド安定
領域で超高圧高温処理することを特徴とする多結晶質ダ
イヤモンド焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258460A JP2614870B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 多結晶質ダイヤモンド焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258460A JP2614870B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 多結晶質ダイヤモンド焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103955A JPH01103955A (ja) | 1989-04-21 |
| JP2614870B2 true JP2614870B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=17320531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258460A Expired - Lifetime JP2614870B2 (ja) | 1987-10-15 | 1987-10-15 | 多結晶質ダイヤモンド焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2614870B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5987629B2 (ja) * | 2012-10-23 | 2016-09-07 | 住友電気工業株式会社 | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
-
1987
- 1987-10-15 JP JP62258460A patent/JP2614870B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01103955A (ja) | 1989-04-21 |
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