JP2835767B2 - Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置 - Google Patents

Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置

Info

Publication number
JP2835767B2
JP2835767B2 JP7556990A JP7556990A JP2835767B2 JP 2835767 B2 JP2835767 B2 JP 2835767B2 JP 7556990 A JP7556990 A JP 7556990A JP 7556990 A JP7556990 A JP 7556990A JP 2835767 B2 JP2835767 B2 JP 2835767B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
substrate
excitation
excitation source
synthesis method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP7556990A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03215397A (ja
Inventor
洋一 広瀬
襄 盛口
邦雄 小巻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP7556990A priority Critical patent/JP2835767B2/ja
Publication of JPH03215397A publication Critical patent/JPH03215397A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2835767B2 publication Critical patent/JP2835767B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は耐摩耗性、耐蝕性、高熱伝導性、高比弾性等
の特性を有し、研磨材、研削材、光学材料、超硬工具
材、摺動材、耐蝕材、音響振動材、刃先材用部材等に有
用な膜状、粒状のダイヤモンドのCVD法合成方法及び同
方法を実施するための装置に関する。
〈従来の技術〉 ダイヤモンドの合成法としては、超高圧条件下での、
鉄、ニッケル系等の触媒による合成法や爆薬法による黒
鉛の直接変換法が従来より実施されている。
近年低圧CVD法として、炭化水素又は窒素、酸素等を
含む有機化合物と水素との混合ガスを熱フィラメント、
マイクロ波プラズマ、高周波プラズマ、直流放電プラズ
マ、直流アーク放電等により励起状態としてダイヤモン
ドを合成する方法が開発されている。
更に最近、本件出願人は燃焼炎中の非酸化性領域での
ダイヤモンドの合成法を開発し、特開平1−282193号と
して開示した。そしてその燃焼炎用バーナーとノズル間
に電圧を印加することによりダイヤモンド析出速度の増
大やその制御が可能であることを知り、特願昭63-90385
号を、更に同燃焼法のダイヤモンド析出面積の増大を目
的として改良方法として特願平1−8091号を出願した。
〈発明が解決しようとする課題〉 ダイヤモンド合成法において析出ダイヤモンドの組成
が一定で且つ高品質であることが重要である。
従来CVD法において析出ダイヤモンドの生成過程に於
いてこれらを制御できる方法は実質的にはなく、多数の
実験よりの経験をもとに、均質で高品質なダイヤモンド
の生成法の探究が行なわれてきた。然しながら合成用原
料、励起条件等、変動要素が多くすべての場合に最高の
条件を経験的に確立することは極めて困難であった。
一方、合成ダイヤモンドの生長過程は大別すると、核
生成過程、それに続く生長過程になる。本発明者らは、
この過程と励起源の状況との関係を示す指標を求めるべ
く研究した。その結果励起源と基体間の空間、即ち励起
空間の合成時における電気抵抗値は合成初期のダイヤモ
ンド生成核の発生、その後の析出ダイヤモンドの品質に
対応するものであって、普遍的な指標となることを確認
し本発明を完成した。
〈課題を解決するための手段〉 即ち、本発明は、励起源によりダイヤモンド生成用原
料を励起させて、基体にダイヤモンドを析出させる方法
において、該励起源と該基体間に直流電圧印加手段を設
け、 合成開始と同時に励起空間の電気抵抗値の測定を開始
し、測定値が変動状態より安定状態に達した後、電気抵
抗値を指標として励起条件を制御することを特徴とする
CVD法ダイヤモンド合成方法、 及びダイヤモンド生成用原料励起源、励起源との間に
励起空間が存在するように設けられたダイヤモンド析出
用基体、 励起源と基体間に設けられた直流電圧印加手段、 及び電気抵抗計を主構成要素とするCVD法用ダイヤモ
ンド合成装置に関する。
次に本発明のダイヤモンド合成装置の例を示す図面に
基づいて本発明を説明する。
第1図は励起源が燃焼炎である燃焼炎用装置に関す
る。図において1はバーナー、2は燃焼炎で、白心3、
内炎4、外炎5により構成される。6はダイヤモンド析
出用基体、7は該基体支持兼冷却装置で、例えば内部に
冷却水用管が設けられている。
10は基体6と励起源であるバーナー1とを結ぶ電気回
路で、図では基体が−、バーナーが+のように接続して
いる。
は直流電流計、は定電流発生器、は直流抵抗計
であり、回路に電圧を印加すればバーナーと基体との電
気抵抗値を容易に測定し得る。
第1図の本発明の装置を使用し、ダイヤモンドの燃焼
法合成を行なった場合、同装置において測定された抵抗
値、即ちバーナーと基体間の空間抵抗値の変化を第2図
に示す。
第2図において縦軸はバーナー、基体間の空間抵抗
値、横軸は反応時間である。即ち燃焼開始と同時に、抵
抗値は11で示されるように急激に低下し、一定時間後、
通常数分程度で一定値に達する。そして通常はその抵抗
値の水準は線13で示されるように維持される。DLC(ダ
イヤモンド様カーボン)が含まれる場合は12で示される
ように更に抵抗値の低下が見られ、一方ダイヤモンドが
非常に高品質(例えば透明性自形ダイヤモンド)の場合
14で示されるように若干の抵抗値は上昇の傾向が見られ
る。
線11で示される抵抗値減少の期間はダイヤモンドの核
成長の期間であり、その後は三次元的の成長、膜生成期
間を示す。
即ち電気抵抗値はダイヤモンド品質の指標であり、こ
の抵抗値を指標として燃焼条件を制御することにより析
出ダイヤモンド品位は任意に設定されるのである。
この抵抗値の制御は原料組成や基体温度の調整により
容易に行なうことができる。
又本発明方法、本発明装置において、例えば特願平1
−8091号に記載のように、バーナー又は基体を相対的に
移動させつゝダイヤモンド原料を燃焼させれば、大面積
のダイヤモンド析出も可能である。
第3図は励起源が熱フィラメントである装置に関す
る。
図において21は熱フィラメント、22はフィラメント用
電源、23,24は夫々原料ガス流入口、原料ガス排出口、2
5は基体の支持兼冷却装置、6′はダイヤモンド析出用
基体、10′は基体6′と熱フィラメント21とを結ぶ電気
回路である。熱フィラメントと基体間の電気抵抗値の測
定は、励起源が燃焼炎である場合と実質的に全く同様で
ある。
第4図は励起源がマイクロ波である場合の装置に関す
る。
図において31はマイクロ波、32は原料ガス供給口、33
はプランジャー、34は端子、6″はダイヤモンド析出用
基体、10″は基体6″と端子34とを結ぶ電気回路で端子
32と基体6″間35が励起空間であり、原料ガス供給口32
より原料ガスを供給し、マイクロ波を発生させ端子34と
基体6間に電圧を印加するとプラズマを生成する。励
起空間の電気抵抗値の測定は前述と全く同様に行ない得
る。
第5図は励起源が高周波プラズマである場合の装置に
関する。図において41は高周波コイル、42は原料ガス供
給、43は基体6の支持兼励起装置、44は端子、10は
基体6と端子44を結ぶ電気回路で、端子44と基体6
間45が励起空間であり、原料ガス供給口42より原料ガス
を供給し、高周波励起コイルにより励起して高周波を発
生させ、端子44と基体6間に電圧を印加するとプラズ
マが生成する。励起空間の電気抵抗値の測定は前述と全
く同様に行ない得る。
以上燃焼炎法、熱フィラメント法、マイクロ波法、高
周波プラズマ法について説明したが、更にDCアーク法、
アークプラズマ法等の全てのCVDダイヤモンド合成法に
本発明は適用できる。
次に実施例、比較例により本発明を説明する。
実施例 1(燃焼法による例) タングステンカーバイドにコバルトを添加して焼結さ
れた超硬板製の外径15cmφの円筒の一部、弧の長さ70m
m、巾50mm、厚さ3mmのものを基体とし、燃焼炎法により
その外表面に70mm巾にダイヤモンドのコーティングを行
なった。
即ち第1図に示す本発明の装置を用い、バーナーにア
セチレンガス5.5l/分、酸素ガス5l/分(酸素/アセチレ
ン比0.91)を供給し、燃焼炎を形成させた。バーナー火
口を基体外表面に垂直に、且つ5mmの距離を維持しつ
ゝ、バーナーを基板表面部に添って2.0mm/分の速度で70
mm移動させ、そしてピッチ巾9mmずらして逆方向に移動
させた。尚、基板はスプレーガンにより、その裏面に水
を噴射して、基板温度を930℃に維持させた。
温度測定はパイロメーターにより行なった。その結
果、電気抵抗値は第2図の11,13に示すように変化し
た。即ち燃焼開始後急激に減少し、次いでほゞ抵抗値の
変化のない状況となった。そこで抵抗値が一定になるよ
うにガス比及び基体温度を930℃±10℃に調整した。
この実施例では、抵抗値は燃焼開始時約3MΩ、1分40
秒後32KΩ、2分15秒後、30.8KΩとなった。そこで酸素
/アセチレンを0.93に変化させ、又25秒後に0.91として
抵抗値の変動を防いだ。このようにして32KΩ近傍に保
持した。
2往復コーティングを行なった後、コーティング表面
は光学顕微鏡で観察した結果、ダイヤモンド自形を含ん
だ緻密な結晶堆積からなる膜状析出物でコーティング部
分全体が覆われていた。この膜状物のラマン分光分析の
結果は、i−カーボンを微量含む良質なダイヤモンドで
あることを示した。
又、膜厚は平均36μmで、ばらつきは±2.7μmであ
った。
実施例 2(熱フィラメント法による例) 第3図に示す本発明の装置を用いた。
即ち内容積約2.5lの反応槽(直径20cm、高さ15cm)内
にタングステンフィラメントとモリブデン基板を平行に
1.5mmの間隔で設置した。
タングステンフィラメントを2400℃に加熱し、槽内圧
力を760torrとし、水素にエタノールを0.2〜5容量%の
範囲で含む、各種のエタノール濃度の原料ガスを夫々40
cc/分の速度で60分間前記反応槽に供給し、基板に負の
バイアス電圧を印加し、励起空間の抵抗値を測定した。
空間抵抗値の変化は第2図と同一傾向を示した。初期
抵抗値は約2×108Ωで、急激な低減から安定化に移行
する時間は2分弱であった。基板上のダイヤモンド析出
状況を光学顕微鏡による観察及び顕微ラマン分光による
測定を行なった。エタノール濃度0.2〜1.2%では空間抵
抗値曲線は第2図の14に近く、析出物は数μmの半透明
自形ダイヤ結晶からなる膜状でラマン分光ではダイヤの
みでDLCを殆ど含んでいなかった。
1.2〜3.5%では第2図の13に近く殆ど合成中一定であ
り、析出物は数μmの自形ダイヤ粒から成る膜状で微量
のDLCを含んでいた。そして3.5〜5%の場合は第2図の
12に近い曲線を示した。そして析出物は数μmの自形の
くずれた形状よりなる膜で、エタノール濃度が増加する
と共にボールライク状の粒及び且つDLC成分が増加する
傾向を示した。
実施例 3(熱フィラメント法による例) 原料を水素にメタンガスが0.5〜3.0容積%の間で含ま
れたものとした以外は実施例2と全く同様にしてダイヤ
モンド合成を行なった。そして実施例2と全く同様にし
て励起空間の抵抗値を測定した。その結果は第2図とほ
ゞ同一であった。
比較例 抵抗測定回路を設けず、従って燃焼時のバーナーと基
体間の電気抵抗値の測定を省いた以外は全く実施例と同
様な条件でコーティングを行なった。
但し、ガス流量は流量計で一定に設定して実験中不変
とした。基板温度は930℃±10℃内に入る様、細かく調
整した。
析出ダイヤモンド表面を観察した所、膜厚のばらつき
のためか、数mmオーダーの凹凸のゆるいウェーブが見ら
れた。膜圧は35.7μm平均で実施例に近かったが±約15
μmのばらつきが測定された。
実施例1と比較して自形のでた結晶の割合の場所によ
るばらつきが大きく、又ラマン分光分析によりi−カー
ボン成分がやゝ多い所が随所に散在して不均一であっ
た。
〈発明の効果〉 従来は経験的な条件設定をもとに励起条件を設定して
おり、一旦合成を開始した後は、合成品を得るまで製品
の品質を知ることは不可能であったが、本発明により合
成中においても条件の制御が可能となった。又品質の管
理も従来に比べ著しく容易となり、実用上の効果は極め
て大きい。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明のダイヤモンド合成装置の一例を示す断
面図である。 第2図は本発明のダイヤモンド合成装置を使用してダイ
ヤモンド合成を行なった場合の、バーナーと基体間の空
間抵抗値の経時変化を示す。 第3図、第4図及び第5図は夫々本発明の他の合成装置
の例を示す断面図である。 図において、1はバーナー、2は燃焼炎、3は白心、4
は内炎、5は外炎、6,6′,6″,6はダイヤモンド析出
用基体、7,25,43は基体支持兼冷却装置、10,10′,10″,
10は電気回路、21は熱フィラメント、31はマイクロ
波、33はプランジャ、34,44は端子、35,45は励起空間、
41は高周波コイル、11は燃焼開始直後の抵抗値変化、1
2,13,14は夫々、DLCが含まれる場合、通常の品質のダイ
ヤモンド析出の場合、高品質ダイヤモンド析出の場合の
抵抗値を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−92895(JP,A) 特開 平2−74592(JP,A) 特開 平2−97487(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 1/00 - 35/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】励起源によりダイヤモンド生成用原料を励
    起させて、基体にダイヤモンドを析出させる方法におい
    て、該励起源と該基体間に直流電圧印加手段を設け、 合成開始と同時に励起空間の電気抵抗値の測定を開始
    し、測定値が変動状態より安定状態に達した後、電気抵
    抗値を指標として合成条件を制御することを特徴とする
    CVD法ダイヤモンド合成法。
  2. 【請求項2】励起源は燃焼炎であり、励起空間はバーナ
    ーと基体間である請求項1のCVD法ダイヤモンド合成
    法。
  3. 【請求項3】励起源は熱フィラメントであり、励起空間
    は熱フィラメントと基体間である請求項1のCVD法ダイ
    ヤモンド合成法。
  4. 【請求項4】励起源によりダイヤモンド生成用原料を励
    起させて、基体にダイヤモンドを析出させる方法におい
    て、該励起源と該基体間に直流電圧印加手段を設け、 合成開始と同時に励起空間の電気抵抗値の測定を開始
    し、測定値が変動状態より安定状態に達した後、該安定
    値を一定値又はやや増加するように維持することを特徴
    とするCVD法ダイヤモンド合成法。
  5. 【請求項5】励起源は燃焼炎であり、励起空間はバーナ
    ーと基体間である請求項4のCVD法ダイヤモンド合成
    法。
  6. 【請求項6】励起源は熱フィラメントであり、励起空間
    は熱フィラメントと基体間である請求項4のCVD法ダイ
    ヤモンド合成法。
  7. 【請求項7】ダイヤモンド生成用原料励起源、励起源と
    の間に励起空間が存在するように設けられたダイヤモン
    ド析出用基体、 励起源と基体間に設けられた直流電圧印加手段及び電気
    抵抗計、 を主構成要素とするCVD法用ダイヤモンド合成装置。
JP7556990A 1989-11-28 1990-03-27 Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置 Expired - Fee Related JP2835767B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7556990A JP2835767B2 (ja) 1989-11-28 1990-03-27 Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30661289 1989-11-28
JP1-306612 1989-11-28
JP7556990A JP2835767B2 (ja) 1989-11-28 1990-03-27 Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03215397A JPH03215397A (ja) 1991-09-20
JP2835767B2 true JP2835767B2 (ja) 1998-12-14

Family

ID=26416709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7556990A Expired - Fee Related JP2835767B2 (ja) 1989-11-28 1990-03-27 Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2835767B2 (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03215397A (ja) 1991-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH01282193A (ja) 気相法ダイヤモンドの合成法
JPH0346436B2 (ja)
KR960000063B1 (ko) 응축 다이아몬드
WO1992005110A1 (en) Flame or plasma synthesis of diamond under turbulent and transition flow conditions
Rudder et al. Chemical vapor deposition of diamond films from water vapor rf‐plasma discharges
US5071708A (en) Composite diamond grain
AU617142B2 (en) Improved diamond growth process
JP5364904B2 (ja) カーボンナノファイバー集合体の製造方法
JP2835767B2 (ja) Cvd法ダイヤモンド合成法及び合成装置
JPH01230496A (ja) 新規なダイヤモンド状炭素膜及びその製造方法
JPS60231494A (ja) ダイヤモンド超微粉の製造法
US5268201A (en) Composite diamond grain and method for production thereof
Kawarada et al. Diamond synthesis by dc plasma jet cvd
RU2254397C2 (ru) Способ получения алмазоподобной пленки
JPH0524114B2 (ja)
JP2833848B2 (ja) 気相法ダイヤモンドの合成法
JP2619557B2 (ja) 気相法ダイヤモンドの合成法
JP2597498B2 (ja) 気相法ダイヤモンドの合成法
JP2752753B2 (ja) 燃焼炎によるダイヤモンドの合成法
JP2754259B2 (ja) 燃焼炎法透明性ダイヤモンドの合成法
JP2633074B2 (ja) 気相法ダイヤモンド合成装置
JPH0667797B2 (ja) ダイヤモンドの合成方法
JPS63270394A (ja) 流動式ダイヤモンド合成方法及び合成装置
JP2585342B2 (ja) ダイヤモンド気相合成法
JP2833839B2 (ja) 気相法ダイヤモンドのコーティング方法

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees