JP3206050B2 - ダイヤモンド単結晶の合成方法 - Google Patents
ダイヤモンド単結晶の合成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、装飾用途や光学部品な
どに用いられる無色で透明なダイヤモンド単結晶の合成
方法に関するものである。
どに用いられる無色で透明なダイヤモンド単結晶の合成
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在市販されている装飾用ダイヤモンド
としては、主に南アフリカ、ソビエト連邦より産出され
るものの中から、無色透明で内部欠陥の少ないものを選
別して用いている。天然装飾用ダイヤモンドは宝石の中
でも最も販売量が多い。また、ダイヤモンドを用いた光
学部品として、レーザー窓やＩＲアンビルセルなどがあ
るが、いずれも天然原石の中から赤外領域に光の吸収の
ない透明なダイヤモンド（IIａ型と呼ばれる）が選ばれ
て用いられている。しかし、透明無色な原石の産出は極
めて少なく、安定供給や価格に問題がある。
としては、主に南アフリカ、ソビエト連邦より産出され
るものの中から、無色透明で内部欠陥の少ないものを選
別して用いている。天然装飾用ダイヤモンドは宝石の中
でも最も販売量が多い。また、ダイヤモンドを用いた光
学部品として、レーザー窓やＩＲアンビルセルなどがあ
るが、いずれも天然原石の中から赤外領域に光の吸収の
ない透明なダイヤモンド（IIａ型と呼ばれる）が選ばれ
て用いられている。しかし、透明無色な原石の産出は極
めて少なく、安定供給や価格に問題がある。
【０００３】一方、人工合成によるダイヤモンドは通
常、超高圧高温下で合成する際に、溶媒中の窒素が結晶
格子内に取り込まれるために黄色く着色してしまうが、
溶媒中に窒素ゲッターを添加することにより無色透明の
ダイヤモンドを得ることができる。この窒素ゲッターと
しては、たとえば、The Journal of Physical Chemistr
y, vol.75, No.12 (1971) p1838 に記載されているよう
に、Ａｌがよく知られている。具体的には、米国特許第
４０３４０６６号明細書において、Ｆｅ溶媒にＡｌを３
〜５重量％添加することにより宝石級の無色透明なダイ
ヤモンド単結晶が得られたと記載されている。Ａｌ以外
の窒素ゲッターを用いた例として、たとえば無機材質研
究所研究報告書第３９号（1984）第１６〜１９頁に、Ｔ
ｉやＺｒを溶媒金属に添加することにより結晶中の窒素
が除去されたという報告がある。
常、超高圧高温下で合成する際に、溶媒中の窒素が結晶
格子内に取り込まれるために黄色く着色してしまうが、
溶媒中に窒素ゲッターを添加することにより無色透明の
ダイヤモンドを得ることができる。この窒素ゲッターと
しては、たとえば、The Journal of Physical Chemistr
y, vol.75, No.12 (1971) p1838 に記載されているよう
に、Ａｌがよく知られている。具体的には、米国特許第
４０３４０６６号明細書において、Ｆｅ溶媒にＡｌを３
〜５重量％添加することにより宝石級の無色透明なダイ
ヤモンド単結晶が得られたと記載されている。Ａｌ以外
の窒素ゲッターを用いた例として、たとえば無機材質研
究所研究報告書第３９号（1984）第１６〜１９頁に、Ｔ
ｉやＺｒを溶媒金属に添加することにより結晶中の窒素
が除去されたという報告がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特に無色透明
の合成ダイヤモンドは合成コストが天然装飾用ダイヤモ
ンドよりはるかに高くなるため、工業生産は行われてい
ない。この理由は、合成には高価で特殊な装置が必要で
ある上に、Ａｌなどを窒素ゲッターとして添加した場
合、その添加量の増加に従って、溶媒が結晶中に取り込
まれて（以下インクルージョン）不良結晶となることが
多くなるため、良質な結晶とするためには成長速度を大
幅に下げる必要があるからである。特にＴｉやＺｒを窒
素ゲッターとして用いた場合は、合成途中に溶媒中に生
成した炭化物（ＴｉＣ，ＺｒＣなど、カ−バイドとも称
する）が結晶中に取り込まれるため、完全な結晶は得ら
れなくなる。
の合成ダイヤモンドは合成コストが天然装飾用ダイヤモ
ンドよりはるかに高くなるため、工業生産は行われてい
ない。この理由は、合成には高価で特殊な装置が必要で
ある上に、Ａｌなどを窒素ゲッターとして添加した場
合、その添加量の増加に従って、溶媒が結晶中に取り込
まれて（以下インクルージョン）不良結晶となることが
多くなるため、良質な結晶とするためには成長速度を大
幅に下げる必要があるからである。特にＴｉやＺｒを窒
素ゲッターとして用いた場合は、合成途中に溶媒中に生
成した炭化物（ＴｉＣ，ＺｒＣなど、カ−バイドとも称
する）が結晶中に取り込まれるため、完全な結晶は得ら
れなくなる。
【０００５】本発明者等が行った実験の結果によると、
窒素ゲッターとしてＡｌを用いて溶媒金属に均一混合し
た場合、無色透明なダイヤモンド結晶を合成するために
は、その添加量は溶媒に対し少なくとも４重量％必要で
あるが、この場合インクルージョンの巻き込みなしに結
晶成長させるためには、成長速度を１ｍｇ／ｈｒ以下に
する必要がある。この場合、たとえば１カラット（２０
０ｍｇ）の結晶を合成するには２００時間の合成時間を
要し、製造コストは膨大なものとなる。また、Ｔｉ、Ｚ
ｒなど、Ａｌより窒素との反応性の高い物質を窒素ゲッ
ターとして溶媒に均一添加した場合、添加量は１重量％
でも無色透明な結晶となるが、成長速度を大幅に低下さ
せたとしてもインクルージョン（カーバイド）が多く、
良質な結晶は殆ど得られない。本発明はこのような問題
を解決し、窒素ゲッターを加えて無色透明でしかもイン
クルージョのない良質なダイヤモンド単結晶を容易に製
造できる新規な製法の提供を目的とするものである。
窒素ゲッターとしてＡｌを用いて溶媒金属に均一混合し
た場合、無色透明なダイヤモンド結晶を合成するために
は、その添加量は溶媒に対し少なくとも４重量％必要で
あるが、この場合インクルージョンの巻き込みなしに結
晶成長させるためには、成長速度を１ｍｇ／ｈｒ以下に
する必要がある。この場合、たとえば１カラット（２０
０ｍｇ）の結晶を合成するには２００時間の合成時間を
要し、製造コストは膨大なものとなる。また、Ｔｉ、Ｚ
ｒなど、Ａｌより窒素との反応性の高い物質を窒素ゲッ
ターとして溶媒に均一添加した場合、添加量は１重量％
でも無色透明な結晶となるが、成長速度を大幅に低下さ
せたとしてもインクルージョン（カーバイド）が多く、
良質な結晶は殆ど得られない。本発明はこのような問題
を解決し、窒素ゲッターを加えて無色透明でしかもイン
クルージョのない良質なダイヤモンド単結晶を容易に製
造できる新規な製法の提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、温度差法によ
るダイヤモンド単結晶合成において、窒素ゲッターとし
てＡｌ−Ｘ系金属間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ及びＴａから選ばれる元素を表す）を添加した
溶媒金属を用いることを特徴とするものである。本発明
において、前記溶媒金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｍｎ及びＣｒの中から選ばれる一種もしくは二種以上か
らなる金属であり、０．１〜６．０重量％の炭素を含む
ものが特に好ましい。また、本発明における前記窒素ゲ
ッターとして添加するＡｌ−Ｘ系金属間化合物（ＸはＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａから選ばれる元素を
表す）の添加量は、前記溶媒金属に対して０．１〜５重
量％であることが特に好ましい。
るダイヤモンド単結晶合成において、窒素ゲッターとし
てＡｌ−Ｘ系金属間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ及びＴａから選ばれる元素を表す）を添加した
溶媒金属を用いることを特徴とするものである。本発明
において、前記溶媒金属としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｍｎ及びＣｒの中から選ばれる一種もしくは二種以上か
らなる金属であり、０．１〜６．０重量％の炭素を含む
ものが特に好ましい。また、本発明における前記窒素ゲ
ッターとして添加するＡｌ−Ｘ系金属間化合物（ＸはＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａから選ばれる元素を
表す）の添加量は、前記溶媒金属に対して０．１〜５重
量％であることが特に好ましい。
【０００７】上記の問題を解決するため、本発明者ら
は、添加する窒素ゲッターについて種々検討したとこ
ろ、溶媒中にＡｌを添加すると同時に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆなどの窒素との反応性の高い元素を添加すれば、窒素
の除去効率が上がり、またＴｉＣやＺｒＣなど合成中に
溶媒中に生成した炭化物が結晶に取り込まれることが少
なくなり、比較的はやい成長速度でも良質なIIａタイプ
のダイヤモンド結晶が得られることを見いだした。さら
に検討を重ねたところ、ＡｌとＴｉからなる金属間化合
物などを窒素ゲッターとして用いれば、さらに窒素の除
去効率が上がり、またＴｉＣなどの炭化物の生成が大幅
に抑えられ、インクルージョンの混入がかなり少なくな
ることがわかった。その結果、従来の２倍程度の速い成
長速度でも良質なIIａ結晶が得られることを確認し、本
発明を完成するに至った。
は、添加する窒素ゲッターについて種々検討したとこ
ろ、溶媒中にＡｌを添加すると同時に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆなどの窒素との反応性の高い元素を添加すれば、窒素
の除去効率が上がり、またＴｉＣやＺｒＣなど合成中に
溶媒中に生成した炭化物が結晶に取り込まれることが少
なくなり、比較的はやい成長速度でも良質なIIａタイプ
のダイヤモンド結晶が得られることを見いだした。さら
に検討を重ねたところ、ＡｌとＴｉからなる金属間化合
物などを窒素ゲッターとして用いれば、さらに窒素の除
去効率が上がり、またＴｉＣなどの炭化物の生成が大幅
に抑えられ、インクルージョンの混入がかなり少なくな
ることがわかった。その結果、従来の２倍程度の速い成
長速度でも良質なIIａ結晶が得られることを確認し、本
発明を完成するに至った。
【０００８】図１は本発明の一具体例であって、結晶合
成用の試料室構成を示す図であり、２はＡｌ−Ｘ系金属
間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａか
ら選ばれる元素を表す）の粉末が予め添加されている溶
媒金属である。なお、図１中、１は炭素源、３は種結
晶、４は絶縁体、５は黒鉛ヒーター、６は圧力媒体を示
す。金属間化合物の例として、たとえばＡｌ−Ｔｉ系金
属間化合物としては、ＡｌＴｉ，Ａｌ3 Ｔｉ，Ａｌ2 Ｔ
ｉ，ＡｌＴｉ3 などが、Ａｌ−Ｚｒ系金属間化合物とし
ては、ＡｌＺｒ，Ａｌ3 Ｚｒ，Ａｌ2 Ｚｒ，Ａｌ3 Ｚｒ
2 ，Ａｌ3 Ｚｒ5 ，Ａｌ2 Ｚｒ3 ，ＡｌＺｒ2 ，ＡｌＺ
ｒ3 などが、Ａｌ−Ｈｆ系金属間化合物としては、Ａｌ
Ｈｆ，Ａｌ3 Ｈｆ，Ａｌ2 Ｈｆ，Ａｌ3 Ｈｆ2 、Ａｌ3
Ｈｆ4 ，Ａｌ 2 Ｈｆ3 などが挙げられる。その他、Ａｌ
−Ｖ系、Ａｌ−Ｈｆ系、Ａｌ−Ｔａ系金属間化合物各種
も用いることができる。これらの金属間化合物の添加量
はできるだけ少ない方が好ましいが、溶媒金属に対して
０．１重量％より少ないと窒素が十分に除去されずに結
晶がかなり黄色味を帯びてくる。また、５重量％を越え
ると、結晶中にインクルージョンが多く取り込まれるよ
うになる。
成用の試料室構成を示す図であり、２はＡｌ−Ｘ系金属
間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａか
ら選ばれる元素を表す）の粉末が予め添加されている溶
媒金属である。なお、図１中、１は炭素源、３は種結
晶、４は絶縁体、５は黒鉛ヒーター、６は圧力媒体を示
す。金属間化合物の例として、たとえばＡｌ−Ｔｉ系金
属間化合物としては、ＡｌＴｉ，Ａｌ3 Ｔｉ，Ａｌ2 Ｔ
ｉ，ＡｌＴｉ3 などが、Ａｌ−Ｚｒ系金属間化合物とし
ては、ＡｌＺｒ，Ａｌ3 Ｚｒ，Ａｌ2 Ｚｒ，Ａｌ3 Ｚｒ
2 ，Ａｌ3 Ｚｒ5 ，Ａｌ2 Ｚｒ3 ，ＡｌＺｒ2 ，ＡｌＺ
ｒ3 などが、Ａｌ−Ｈｆ系金属間化合物としては、Ａｌ
Ｈｆ，Ａｌ3 Ｈｆ，Ａｌ2 Ｈｆ，Ａｌ3 Ｈｆ2 、Ａｌ3
Ｈｆ4 ，Ａｌ 2 Ｈｆ3 などが挙げられる。その他、Ａｌ
−Ｖ系、Ａｌ−Ｈｆ系、Ａｌ−Ｔａ系金属間化合物各種
も用いることができる。これらの金属間化合物の添加量
はできるだけ少ない方が好ましいが、溶媒金属に対して
０．１重量％より少ないと窒素が十分に除去されずに結
晶がかなり黄色味を帯びてくる。また、５重量％を越え
ると、結晶中にインクルージョンが多く取り込まれるよ
うになる。
【０００９】ここで図１の溶媒金属２は、Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒの中から選ばれる一種もしくは二種以
上からなる金属であり、種結晶溶解防止のため０．１〜
６．０重量％の炭素を予め添加しておく。炭素添加量が
０．１重量％未満もしくは炭素を含まない溶媒金属を用
いた場合、種結晶上にＰｔなどの種結晶溶解防止材を配
置する必要があるが、種結晶防止材を配置することは多
結晶化やインクルージョンの巻き込みの原因となり、好
ましくない。また、炭素添加量が６重量％を越えると、
自然核発生が起こりやすくなり、種結晶以外の部所より
結晶成長するため結晶同士が干渉し、良質な結晶が得ら
れなくなる。
Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒの中から選ばれる一種もしくは二種以
上からなる金属であり、種結晶溶解防止のため０．１〜
６．０重量％の炭素を予め添加しておく。炭素添加量が
０．１重量％未満もしくは炭素を含まない溶媒金属を用
いた場合、種結晶上にＰｔなどの種結晶溶解防止材を配
置する必要があるが、種結晶防止材を配置することは多
結晶化やインクルージョンの巻き込みの原因となり、好
ましくない。また、炭素添加量が６重量％を越えると、
自然核発生が起こりやすくなり、種結晶以外の部所より
結晶成長するため結晶同士が干渉し、良質な結晶が得ら
れなくなる。
【００１０】本発明に用いる種結晶、炭素源等はこの種
の技術分野で公知のものを用いることができる。また、
温度差法による合成の条件等は適宜選択することができ
る。具体的な例は後記する実施例に挙げられる。
の技術分野で公知のものを用いることができる。また、
温度差法による合成の条件等は適宜選択することができ
る。具体的な例は後記する実施例に挙げられる。
【００１１】
【作用】本発明によるダイヤモンド合成方法によると、
Ａｌ−Ｘ系金属間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、
Ｎｂ及びＴａから選ばれる元素を表す）を窒素ゲッター
として溶媒金属に添加する。その結果、従来よりかなり
速い成長速度でも良質なIIａダイヤモンド結晶が得られ
る。この理由について、Ａｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を
例にして次に具体的に述べる。先にも述べたように、Ａ
ｌのみを窒素ゲッターとして用いた場合は、無色透明な
ダイヤモンド結晶を合成するためには、４重量％以上と
いう多量の添加を必要とする。そのためインクルージョ
ンが結晶中に取り込まれ易く、良質な結晶とするために
は成長速度を１ｍｇ／ｈｒ以下にする必要がある。また
Ｔｉのみを窒素ゲッターとして添加した場合、添加量は
〜１重量％という微量でも無色透明な結晶となるが、Ｔ
ｉＣが溶媒中に多量に生成し、たとえ結晶の成長速度を
大幅に低下させたとしてもインクルージョン（カーバイ
ド）の混入が多く、良質な結晶は殆ど得られない。しか
し、窒素ゲッターとしてＴｉを添加するとともに、低粘
性で炭化物を形成しないＡｌを同時に添加することで、
生成したＴｉＣを溶媒金属中に拡散させることができ、
インクルージョンの混入をある程度抑えることができ
る。さらに本発明のように、ＡｌとＴｉからなる金属間
化合物たとえばＡｌＴｉやＡｌ3 Ｔｉ、ＡｌＴｉ3 など
を添加した場合、孤立したＴｉがなくなるためＴｉＣの
生成が減少し、またたとえ分解してＴｉＣが生成しても
Ａｌが近傍に存在するため、これによりＴｉＣは容易に
溶媒中に拡散される。その結果、インクルージョンのな
い良質な結晶がかなり得やすくなる。また、窒素の除去
効率も、Ｔｉと同程度で、１重量％程度の微量の添加量
でも殆ど窒素が除去される。以上のように、窒素ゲッタ
ーとしてＡｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を用いることによ
り、ＡｌもしくはＴｉを単独もしくは複合で用いる場合
より、速い成長速度で無色透明でインクルージョンのな
い良質なIIａダイヤモンド結晶IIａダイヤモンド結晶を
合成することが可能となる。具体的にはＡｌ−Ｔｉ金属
間化合物を溶媒金属に対し１重量％添加した場合、成長
速度２．５ｍｇ／ｈｒでも、無色透明な良質なIIａダイ
ヤモンド結晶が得られる。
Ａｌ−Ｘ系金属間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、
Ｎｂ及びＴａから選ばれる元素を表す）を窒素ゲッター
として溶媒金属に添加する。その結果、従来よりかなり
速い成長速度でも良質なIIａダイヤモンド結晶が得られ
る。この理由について、Ａｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を
例にして次に具体的に述べる。先にも述べたように、Ａ
ｌのみを窒素ゲッターとして用いた場合は、無色透明な
ダイヤモンド結晶を合成するためには、４重量％以上と
いう多量の添加を必要とする。そのためインクルージョ
ンが結晶中に取り込まれ易く、良質な結晶とするために
は成長速度を１ｍｇ／ｈｒ以下にする必要がある。また
Ｔｉのみを窒素ゲッターとして添加した場合、添加量は
〜１重量％という微量でも無色透明な結晶となるが、Ｔ
ｉＣが溶媒中に多量に生成し、たとえ結晶の成長速度を
大幅に低下させたとしてもインクルージョン（カーバイ
ド）の混入が多く、良質な結晶は殆ど得られない。しか
し、窒素ゲッターとしてＴｉを添加するとともに、低粘
性で炭化物を形成しないＡｌを同時に添加することで、
生成したＴｉＣを溶媒金属中に拡散させることができ、
インクルージョンの混入をある程度抑えることができ
る。さらに本発明のように、ＡｌとＴｉからなる金属間
化合物たとえばＡｌＴｉやＡｌ3 Ｔｉ、ＡｌＴｉ3 など
を添加した場合、孤立したＴｉがなくなるためＴｉＣの
生成が減少し、またたとえ分解してＴｉＣが生成しても
Ａｌが近傍に存在するため、これによりＴｉＣは容易に
溶媒中に拡散される。その結果、インクルージョンのな
い良質な結晶がかなり得やすくなる。また、窒素の除去
効率も、Ｔｉと同程度で、１重量％程度の微量の添加量
でも殆ど窒素が除去される。以上のように、窒素ゲッタ
ーとしてＡｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を用いることによ
り、ＡｌもしくはＴｉを単独もしくは複合で用いる場合
より、速い成長速度で無色透明でインクルージョンのな
い良質なIIａダイヤモンド結晶IIａダイヤモンド結晶を
合成することが可能となる。具体的にはＡｌ−Ｔｉ金属
間化合物を溶媒金属に対し１重量％添加した場合、成長
速度２．５ｍｇ／ｈｒでも、無色透明な良質なIIａダイ
ヤモンド結晶が得られる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｃｏ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｃｏ：Ｃ＝６０：４０：４．５（重量比） となるように配合した。これにさらに平均粒径５０μｍ
のＡｌＴｉ金属間化合物粉末（約５重量％のＡｌＴｉ3
を含む）を、溶媒金属量に対して１重量％添加し、十分
に混合した。この混合粉末を型押し成形し、脱ガス、焼
成したもの（直径２０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を溶媒とし
た。炭素源にはダイヤモンドの粉末、種結晶には直径約
５００μｍのダイヤモンド結晶３個を用いた。図１に示
す試料室構成で、炭素源と種部に約３０℃の温度差がつ
くように加熱ヒーター内にセットした。これを超高圧発
生装置を用いて、圧力５．５ＧＰａ、温度１３００℃で
７０時間保持し、ダイヤモンドの合成を行った。その結
果、０．７〜０．９カラットの無色透明なインクルージ
ョンの殆どない良質なIIａ型のダイヤモンド結晶３個が
得られた。ＥＳＲにより結晶中の窒素濃度を測定する
と、いずれも０．１ｐｐｍ以下であった。磁気天秤によ
りインクルージョン濃度を測定すると、いずれも０．３
重量％以下であった。
るが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｃｏ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｃｏ：Ｃ＝６０：４０：４．５（重量比） となるように配合した。これにさらに平均粒径５０μｍ
のＡｌＴｉ金属間化合物粉末（約５重量％のＡｌＴｉ3
を含む）を、溶媒金属量に対して１重量％添加し、十分
に混合した。この混合粉末を型押し成形し、脱ガス、焼
成したもの（直径２０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を溶媒とし
た。炭素源にはダイヤモンドの粉末、種結晶には直径約
５００μｍのダイヤモンド結晶３個を用いた。図１に示
す試料室構成で、炭素源と種部に約３０℃の温度差がつ
くように加熱ヒーター内にセットした。これを超高圧発
生装置を用いて、圧力５．５ＧＰａ、温度１３００℃で
７０時間保持し、ダイヤモンドの合成を行った。その結
果、０．７〜０．９カラットの無色透明なインクルージ
ョンの殆どない良質なIIａ型のダイヤモンド結晶３個が
得られた。ＥＳＲにより結晶中の窒素濃度を測定する
と、いずれも０．１ｐｐｍ以下であった。磁気天秤によ
りインクルージョン濃度を測定すると、いずれも０．３
重量％以下であった。
【００１３】実施例２〜４ ＡｌＴｉ金属間化合物粉末の添加量を溶媒金属量に対し
て０．５、２．０、４．０重量％と変えた他は実施例１
と同様にして、ダイヤモンド合成を行った。いずれも
０．８カラット前後の良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が
得られた。窒素濃度およびインクルージョン量の測定結
果を実施例１とあわせて表１に示す。
て０．５、２．０、４．０重量％と変えた他は実施例１
と同様にして、ダイヤモンド合成を行った。いずれも
０．８カラット前後の良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が
得られた。窒素濃度およびインクルージョン量の測定結
果を実施例１とあわせて表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】窒素量は０．２ｐｐｍ以下では殆ど無色透
明で、装飾用途や光学部品等に用いるには問題とならな
い。また、インクルージョン量は０．５重量％以下では
種結晶付近、すなわち結晶の下部のごく一部に分布して
いるだけであり、少し研磨することで除去できるため、
殆ど問題とならない程度である。したがって、いずれも
装飾用途、光学部品用途に適用可能な品質を有する。ま
た、成長速度は２〜２．５ｍｇ／ｈｒであり、これは従
来技術で同様の結晶を合成するための限界成長速度の２
倍以上である。
明で、装飾用途や光学部品等に用いるには問題とならな
い。また、インクルージョン量は０．５重量％以下では
種結晶付近、すなわち結晶の下部のごく一部に分布して
いるだけであり、少し研磨することで除去できるため、
殆ど問題とならない程度である。したがって、いずれも
装飾用途、光学部品用途に適用可能な品質を有する。ま
た、成長速度は２〜２．５ｍｇ／ｈｒであり、これは従
来技術で同様の結晶を合成するための限界成長速度の２
倍以上である。
【００１６】実施例５ ＡｌＴｉ金属間化合物粉末の代わりに、ＡｌＺｒ金属間
化合物粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明
によりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例
１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
化合物粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明
によりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例
１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
【００１７】実施例６ ＡｌＴｉ金属間化合物粉末のかわりに、ＡｌＨｆ金属間
化合物粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明
によりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例
１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
化合物粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明
によりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例
１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
【００１８】実施例７ 実施例１に示したＡｌＴｉ金属間化合物粉末の代わり
に、ＡｌＴｉ3 金属間化合物（約２０％のＡｌＴｉを含
む）粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明に
よりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例１
と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
に、ＡｌＴｉ3 金属間化合物（約２０％のＡｌＴｉを含
む）粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明に
よりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例１
と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
【００１９】実施例８ 実施例１に示したＡｌＴｉ金属間化合物粉末の代わり
に、Ａｌ3 Ｔｉ金属間化合物（約１０％のＡｌＴｉを含
む）粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明に
よりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例１
と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
に、Ａｌ3 Ｔｉ金属間化合物（約１０％のＡｌＴｉを含
む）粉末を用いた他は実施例１と同様にして、本発明に
よりダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実施例１
と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。
【００２０】実施例９ 実施例１に示したＡｌＴｉ金属間化合物粉末の代わり
に、Ａｌ3 Ｖ金属間化合物粉末を用いた他は実施例１と
同様にして、本発明によりダイヤモンド結晶を合成し
た。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイ
ヤモンド結晶が得られた。
に、Ａｌ3 Ｖ金属間化合物粉末を用いた他は実施例１と
同様にして、本発明によりダイヤモンド結晶を合成し
た。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイ
ヤモンド結晶が得られた。
【００２１】実施例１０ 実施例１に示したＡｌＴｉ金属間化合物粉末の代わり
に、Ａｌ3 Ｎｂ金属間化合物粉末を用いた他は実施例１
と同様にして、本発明によりダイヤモンド結晶を合成し
た。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイ
ヤモンド結晶が得られた。
に、Ａｌ3 Ｎｂ金属間化合物粉末を用いた他は実施例１
と同様にして、本発明によりダイヤモンド結晶を合成し
た。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイ
ヤモンド結晶が得られた。
【００２２】実施例１１ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｃ＝６０：３０：１０：４．２（重
量比） となるように配合し、その他は実施例１と同様にして本
発明に従いダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実
施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得
られた。
末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｃ＝６０：３０：１０：４．２（重
量比） となるように配合し、その他は実施例１と同様にして本
発明に従いダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実
施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得
られた。
【００２３】実施例１２ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｎｉ粉末、Ｍｎ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃ＝６０：３０：１０：４．０（重
量比） となるように配合し、その他は実施例１と同様にして本
発明に従いダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実
施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得
られた。
末、Ｎｉ粉末、Ｍｎ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｍｎ：Ｃ＝６０：３０：１０：４．０（重
量比） となるように配合し、その他は実施例１と同様にして本
発明に従いダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実
施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得
られた。
【００２４】実施例１３ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｎｉ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃ＝７０：３０：３．５（重量比） となるように配合し、その他は実施例１と同様にして本
発明に従いダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実
施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得
られた。
末、Ｎｉ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃ＝７０：３０：３．５（重量比） となるように配合し、その他は実施例１と同様にして本
発明に従いダイヤモンド結晶を合成した。その結果、実
施例１と殆ど同じ、良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得
られた。
【００２５】実施例１４ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｃｏ粉
末とグラファイト粉末を用い、 Ｃｏ：Ｃ＝１００：４．７（重量比） となるように配合し、合成温度条件を１３５０℃にした
他は実施例１と同様にして本発明に従いダイヤモンド結
晶を合成した。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質な
IIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
末とグラファイト粉末を用い、 Ｃｏ：Ｃ＝１００：４．７（重量比） となるように配合し、合成温度条件を１３５０℃にした
他は実施例１と同様にして本発明に従いダイヤモンド結
晶を合成した。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質な
IIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００２６】実施例１５ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｎｉ粉
末とグラファイト粉末を用い、 Ｎｉ：Ｃ＝１００：４．２（重量比） となるように配合し、合成温度条件を１３５０℃にした
他は実施例１と同様にして本発明に従いダイヤモンド結
晶を合成した。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質な
IIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
末とグラファイト粉末を用い、 Ｎｉ：Ｃ＝１００：４．２（重量比） となるように配合し、合成温度条件を１３５０℃にした
他は実施例１と同様にして本発明に従いダイヤモンド結
晶を合成した。その結果、実施例１と殆ど同じ、良質な
IIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００２７】実施例１６ ＡｌＴｉ金属間化合物粉末を金属溶媒量に対し１重量％
添加するかわりに、ＡｌＴｉ金属間化合物粉末０．５重
量％、ＡｌＺｒ金属間化合物粉末０．５重量％を添加し
た他は実施例１と同様にした、本発明に従いダイヤモン
ド結晶を合成した。その結果、実施例１と殆ど同じ、良
質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
添加するかわりに、ＡｌＴｉ金属間化合物粉末０．５重
量％、ＡｌＺｒ金属間化合物粉末０．５重量％を添加し
た他は実施例１と同様にした、本発明に従いダイヤモン
ド結晶を合成した。その結果、実施例１と殆ど同じ、良
質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００２８】比較例１〜６ ＡｌＴｉ金属間化合物粉末を添加せず、かわりに平均粒
径５０μｍのＴｉ粉末もしくはＡｌ粉末を添加した。こ
れらの添加量を種々変えた他は実施例１と同様にして、
ダイヤモンド結晶の合成を試みた。得られたダイヤモン
ド結晶の窒素濃度およびインクルージョン濃度の測定結
果を表２にまとめて示す。
径５０μｍのＴｉ粉末もしくはＡｌ粉末を添加した。こ
れらの添加量を種々変えた他は実施例１と同様にして、
ダイヤモンド結晶の合成を試みた。得られたダイヤモン
ド結晶の窒素濃度およびインクルージョン濃度の測定結
果を表２にまとめて示す。
【表２】
【００２９】いずれの結晶も窒素量が多く黄色いため、
もしくはインクルージョンが多すぎるため、装飾用途や
光学部品等には用いることができないものであった。
もしくはインクルージョンが多すぎるため、装飾用途や
光学部品等には用いることができないものであった。
【００３０】比較例７ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃｏ＝６０：３０：１０（重量比） となるように配合し、炭素（グラファイト）を添加しな
かった他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド結晶の
合成を試みた。その結果、種結晶は溶媒中に完全に溶解
して消失してしまい、ダイヤモンドの成長は認められな
かった。
末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃｏ＝６０：３０：１０（重量比） となるように配合し、炭素（グラファイト）を添加しな
かった他は実施例１と同様にして、ダイヤモンド結晶の
合成を試みた。その結果、種結晶は溶媒中に完全に溶解
して消失してしまい、ダイヤモンドの成長は認められな
かった。
【００３１】比較例８ 溶媒の原料として粒径５０〜１００μｍの高純度Ｆｅ粉
末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｃ＝６０：３０：１０：７（重量
比） となるように配合した他は実施例１と同様にして、ダイ
ヤモンド結晶の合成を試みた。その結果、種結晶以外の
ところよりダイヤモンドが多数自然核発生し、このため
結晶同士が干渉し、良質な結晶は殆ど得られなかった。
末、Ｎｉ粉末、Ｃｏ粉末、グラファイト粉末を用い、 Ｆｅ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｃ＝６０：３０：１０：７（重量
比） となるように配合した他は実施例１と同様にして、ダイ
ヤモンド結晶の合成を試みた。その結果、種結晶以外の
ところよりダイヤモンドが多数自然核発生し、このため
結晶同士が干渉し、良質な結晶は殆ど得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば無
色透明でインクルージョンのほとんど無いダイヤモンド
結晶を、安価に安定して合成できる。本発明の方法によ
って合成ダイヤモンドを装飾用途、光学部品用途などに
利用することが可能である。
色透明でインクルージョンのほとんど無いダイヤモンド
結晶を、安価に安定して合成できる。本発明の方法によ
って合成ダイヤモンドを装飾用途、光学部品用途などに
利用することが可能である。
【図１】本発明の一具体例における結晶合成用の試料室
構成を示す概略説明図である。
構成を示す概略説明図である。
１ 炭素源 ２ 窒素ゲッターとしてのＡｌ−Ｘ金属間化合物を添加
された溶媒金属 ３ 種結晶 ４ 絶縁体 ５ 黒鉛ヒーター ６ 圧力媒体
された溶媒金属 ３ 種結晶 ４ 絶縁体 ５ 黒鉛ヒーター ６ 圧力媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−96712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−69211（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 3/06 C01B 31/06
Claims (3)
- 【請求項１】 温度差法によるダイヤモンド単結晶合成
において、窒素ゲッターとしてＡｌ−Ｘ系金属間化合物
（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａから選ばれ
る元素を表す）を添加した溶媒金属を用いることを特徴
とするダイヤモンド単結晶の合成方法。 - 【請求項２】 前記溶媒金属は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ及びＣｒの中から選ばれる一種もしくは二種以上から
なる金属であり、且つ０．１〜６．０重量％の炭素を含
むことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンド単結晶
の合成方法。 - 【請求項３】 前記窒素ゲッターとして添加するＡｌ−
Ｘ系金属間化合物（ＸはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及
びＴａから選ばれる元素を表す）の添加量は前記溶媒金
属に対して０．１〜５重量％であることを特徴とする請
求項１又は請求項２記載のダイヤモンド単結晶の合成方
法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30181391A JP3206050B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | ダイヤモンド単結晶の合成方法 |
| DE69215021T DE69215021T2 (de) | 1991-02-15 | 1992-02-14 | Diamantsyntheseverfahren |
| US08/307,493 US6129900A (en) | 1991-02-15 | 1992-02-14 | Process for the synthesis of diamond |
| PCT/JP1992/000149 WO1992014542A1 (fr) | 1991-02-15 | 1992-02-14 | Procede de synthese du diamant |
| EP92905002A EP0525207B1 (en) | 1991-02-15 | 1992-02-14 | Process for synthesizing diamond |
| IE920846A IE920846A1 (en) | 1991-03-14 | 1992-03-16 | A process for the synthesis of diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30181391A JP3206050B2 (ja) | 1991-11-18 | 1991-11-18 | ダイヤモンド単結晶の合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05138000A JPH05138000A (ja) | 1993-06-01 |
| JP3206050B2 true JP3206050B2 (ja) | 2001-09-04 |
Family
ID=17901473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30181391A Expired - Lifetime JP3206050B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-11-18 | ダイヤモンド単結晶の合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3206050B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10195226B2 (en) | 2009-07-03 | 2019-02-05 | Australian Biomedical Company Pty Ltd. | Medicinal carbohydrates for treatment of respiratory conditions |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005035174A1 (ja) | 2003-10-10 | 2005-04-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ダイヤモンド工具、合成単結晶ダイヤモンドおよび単結晶ダイヤモンドの合成方法ならびにダイヤモンド宝飾品 |
-
1991
- 1991-11-18 JP JP30181391A patent/JP3206050B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10195226B2 (en) | 2009-07-03 | 2019-02-05 | Australian Biomedical Company Pty Ltd. | Medicinal carbohydrates for treatment of respiratory conditions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05138000A (ja) | 1993-06-01 |
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