JP3259384B2 - 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。
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
は、主に南アフリカ、ロシア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ら
れている。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型とよばれる）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。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
で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 Physi
cal Chemistry, vol.75, No.12 (1971) p1838 に示され
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号明細書には、Ｆｅ溶媒にＡ
ｌ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ると記載されている。Ａ
ｌ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、ｐ１６〜にＴｉやＺｒ
を溶媒金属に添加することで結晶中の窒素が除去された
という報告がある。
は、主に南アフリカ、ロシア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ら
れている。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型とよばれる）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。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
で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 Physi
cal Chemistry, vol.75, No.12 (1971) p1838 に示され
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号明細書には、Ｆｅ溶媒にＡ
ｌ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ると記載されている。Ａ
ｌ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、ｐ１６〜にＴｉやＺｒ
を溶媒金属に添加することで結晶中の窒素が除去された
という報告がある。
【０００３】
【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（以下
インクルージョンと呼ぶ）て、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。とくにＴｉやＺｒを窒
素ゲッターとして用いた場合は合成中に溶媒中に生成し
たＴｉＣやＺｒＣなどの炭化物が原因でより多くのイン
クルージョンが結晶中に取り込まれるようになる。
の合成ダイヤモンドは合成コストが天然ダイヤモンドよ
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（以下
インクルージョンと呼ぶ）て、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。とくにＴｉやＺｒを窒
素ゲッターとして用いた場合は合成中に溶媒中に生成し
たＴｉＣやＺｒＣなどの炭化物が原因でより多くのイン
クルージョンが結晶中に取り込まれるようになる。
【０００４】本発明者らが行った実験による結果では、
窒素ゲッターとしてＡｌを用い、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％（約１
２体積％）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１ｍ
ｇ／ｈｒ以下にする必要があった。この成長速度では、
たとえば１カラット（２００ｍｇ）の結晶を合成するに
は２００時間以上の合成時間を要し、製造コストは膨大
なものとなる。また、Ｔｉ、Ｚｒ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。しかし、これらは炭化物を形成しやすく、成長速度
を大幅に低下させたとしてもＴｉＣやＺｒＣなどの炭化
物の影響で、良質な結晶は殆ど得られない。本発明はか
かる問題点を解決し、無色透明でインクルージョのほと
んどない結晶を、安価にしかも安定して合成できる方法
を提供し、人工合成ダイヤモンドの装飾用途又は光学部
品用途への使用を可能とするものである。
窒素ゲッターとしてＡｌを用い、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％（約１
２体積％）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１ｍ
ｇ／ｈｒ以下にする必要があった。この成長速度では、
たとえば１カラット（２００ｍｇ）の結晶を合成するに
は２００時間以上の合成時間を要し、製造コストは膨大
なものとなる。また、Ｔｉ、Ｚｒ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。しかし、これらは炭化物を形成しやすく、成長速度
を大幅に低下させたとしてもＴｉＣやＺｒＣなどの炭化
物の影響で、良質な結晶は殆ど得られない。本発明はか
かる問題点を解決し、無色透明でインクルージョのほと
んどない結晶を、安価にしかも安定して合成できる方法
を提供し、人工合成ダイヤモンドの装飾用途又は光学部
品用途への使用を可能とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＴｉやＺ
ｒを窒素ゲッターとして溶媒に添加して成長させたダイ
ヤモンド結晶を観察したところ、インクルージョンのほ
とんどは種結晶を起点として連続して結晶中に取り込ま
れていることがわかった。さらに、詳細に調べると成長
初期に種結晶面上に生成したＴｉＣやＺｒＣなどの炭化
物がインクルージョンの起点となっていることがわかっ
た。そこで本発明者らは、成長初期に種面上に炭化物生
成を防ぐため溶媒と種結晶の間にあらかじめＣｕ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄなど、それ自体炭化物を作らず、
加えて、ＴｉＣやＺｒＣやＮｂＣなどのIVａ族もしくは
Ｖａ族元素の炭化物を分解する働きのなる金属板を配置
したところ、種面上にほとんど炭化物を生成しないこと
を見いだした。その結果、炭化物を起点としたインクル
ージョンの巻き込みを防ぐことができ、このため、従来
の２倍以上の早い成長速度でも、良質なIIａ結晶が得ら
れることを確認した。
ｒを窒素ゲッターとして溶媒に添加して成長させたダイ
ヤモンド結晶を観察したところ、インクルージョンのほ
とんどは種結晶を起点として連続して結晶中に取り込ま
れていることがわかった。さらに、詳細に調べると成長
初期に種結晶面上に生成したＴｉＣやＺｒＣなどの炭化
物がインクルージョンの起点となっていることがわかっ
た。そこで本発明者らは、成長初期に種面上に炭化物生
成を防ぐため溶媒と種結晶の間にあらかじめＣｕ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄなど、それ自体炭化物を作らず、
加えて、ＴｉＣやＺｒＣやＮｂＣなどのIVａ族もしくは
Ｖａ族元素の炭化物を分解する働きのなる金属板を配置
したところ、種面上にほとんど炭化物を生成しないこと
を見いだした。その結果、炭化物を起点としたインクル
ージョンの巻き込みを防ぐことができ、このため、従来
の２倍以上の早い成長速度でも、良質なIIａ結晶が得ら
れることを確認した。
【０００６】本発明は温度差法によるダイヤモンド結晶
合成において、溶媒金属に、窒素ゲッターとしてＴｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種もしくは
二種以上の金属を添加し、さらに前記溶媒金属と種結晶
との間にＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄから選ばれる一
種もしくは二種以上からなる金属板を配置した状態でダ
イヤモンドの合成を開始することを特徴とするものであ
る。本発明において溶媒金属と種結晶との間に配置され
る金属板の厚みは０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である
ことが好ましい。また、窒素ゲッターとして用いられる
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種も
しくは二種以上の金属の含有量は、溶媒金属に対して
０．２〜１０重量％であることが好ましい。窒素ゲッタ
ーとしてのこれら金属は、他の金属、例えば、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｓｉ、Ｓｎ等との合金の形で添加することもでき
る。また、溶媒金属は、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り、且つ
０．１〜６．０重量％の炭素を含むことが好ましい。
合成において、溶媒金属に、窒素ゲッターとしてＴｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種もしくは
二種以上の金属を添加し、さらに前記溶媒金属と種結晶
との間にＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄから選ばれる一
種もしくは二種以上からなる金属板を配置した状態でダ
イヤモンドの合成を開始することを特徴とするものであ
る。本発明において溶媒金属と種結晶との間に配置され
る金属板の厚みは０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である
ことが好ましい。また、窒素ゲッターとして用いられる
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種も
しくは二種以上の金属の含有量は、溶媒金属に対して
０．２〜１０重量％であることが好ましい。窒素ゲッタ
ーとしてのこれら金属は、他の金属、例えば、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｓｉ、Ｓｎ等との合金の形で添加することもでき
る。また、溶媒金属は、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り、且つ
０．１〜６．０重量％の炭素を含むことが好ましい。
【０００７】図１は本発明の一具体例であってダイヤモ
ンド結晶合成用の試料室構成を示す概略断面図である。
溶媒金属２には窒素ゲッターとしてＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａが添加され、この溶媒金属と種結晶４の
間にＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄから選ばれる金属板
３が配置される。１は炭素源、５は絶縁体、６は黒鉛ヒ
ーター、７は圧力媒体である。この金属板３の厚みは
０．０１ｍｍ未満では効果は不十分で、１ｍｍをこえる
とＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄなどの金属がダイヤモ
ンドの結晶成長に悪影響を及ぼし、結晶が多結晶化した
り、埋め残しのある不良結晶となってしまう。また溶媒
２に窒素ゲッターとして添加するＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの添加量としては、０．２重量％未満で
は窒素は十分に除去されず、合成されたダイヤモンドは
黄色みを帯びた結晶となる。一方、１０重量％をこえる
と多結晶化や自然核発生が多くなり、良質なダイヤモン
ド結晶が得られなくなる。
ンド結晶合成用の試料室構成を示す概略断面図である。
溶媒金属２には窒素ゲッターとしてＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａが添加され、この溶媒金属と種結晶４の
間にＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄから選ばれる金属板
３が配置される。１は炭素源、５は絶縁体、６は黒鉛ヒ
ーター、７は圧力媒体である。この金属板３の厚みは
０．０１ｍｍ未満では効果は不十分で、１ｍｍをこえる
とＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄなどの金属がダイヤモ
ンドの結晶成長に悪影響を及ぼし、結晶が多結晶化した
り、埋め残しのある不良結晶となってしまう。また溶媒
２に窒素ゲッターとして添加するＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａの添加量としては、０．２重量％未満で
は窒素は十分に除去されず、合成されたダイヤモンドは
黄色みを帯びた結晶となる。一方、１０重量％をこえる
と多結晶化や自然核発生が多くなり、良質なダイヤモン
ド結晶が得られなくなる。
【０００８】ここで、２の溶媒金属はＦｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ，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％の炭素をあらかじめ添加しておくのが好ま
しい。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、このような種
結晶溶解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％をこえると、自然核発生がおこり
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。
ｉ，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％の炭素をあらかじめ添加しておくのが好ま
しい。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、このような種
結晶溶解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％をこえると、自然核発生がおこり
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。
【０００９】
【作用】本発明ではＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ
など、窒素との反応性の高い元素を窒素ゲッターとする
ため、少量の添加でほとんど窒素を含まない無色透明な
IIａ型のダイヤモンド結晶が得られ、また、溶媒と種結
晶の間に、炭化物生成防止のために、Ｃｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｚｎ，Ｃｄの金属板をあらかじめ配置した状態で合
成を開始する構成になっているため、インクルージョン
の混入を大幅に抑えることができる。その結果、従来よ
りかなり速い成長速度でも良質なIIａ型ダイヤモンド結
晶が得られるようになる。また、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。
など、窒素との反応性の高い元素を窒素ゲッターとする
ため、少量の添加でほとんど窒素を含まない無色透明な
IIａ型のダイヤモンド結晶が得られ、また、溶媒と種結
晶の間に、炭化物生成防止のために、Ｃｕ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｚｎ，Ｃｄの金属板をあらかじめ配置した状態で合
成を開始する構成になっているため、インクルージョン
の混入を大幅に抑えることができる。その結果、従来よ
りかなり速い成長速度でも良質なIIａ型ダイヤモンド結
晶が得られるようになる。また、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。
【００１０】
【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。実施例１ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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、さらに窒素ゲッターと
して平均粒径５０ミクロンのＴｉ粉末を１．５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。図１に示す試料室構成で炭素源１にはダ
イヤモンドの粉末、種結晶４には直径５００ミクロンの
ダイヤモンド結晶３個を用いた。種結晶４と溶媒２の間
に配置する金属板３としては厚み０．２ｍｍのＣｕ板を
用いた。そして、炭素源１と種結晶４部に約３０℃の温
度差がつくように加熱ヒーター６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１
３００℃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
ンクルージョンのほとんどない良質なIIａ型のダイヤモ
ンド結晶が得られた。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量を測定するといずれも
０．３重量％以下であった。
する。実施例１ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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、さらに窒素ゲッターと
して平均粒径５０ミクロンのＴｉ粉末を１．５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。図１に示す試料室構成で炭素源１にはダ
イヤモンドの粉末、種結晶４には直径５００ミクロンの
ダイヤモンド結晶３個を用いた。種結晶４と溶媒２の間
に配置する金属板３としては厚み０．２ｍｍのＣｕ板を
用いた。そして、炭素源１と種結晶４部に約３０℃の温
度差がつくように加熱ヒーター６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１
３００℃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
ンクルージョンのほとんどない良質なIIａ型のダイヤモ
ンド結晶が得られた。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量を測定するといずれも
０．３重量％以下であった。
【００１１】実施例２ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．５
ｍｍのＣｕ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例３ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．２
ｍｍのＡｇ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例４ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．３
ｍｍのＡｕ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
ｍｍのＣｕ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例３ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．２
ｍｍのＡｇ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例４ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．３
ｍｍのＡｕ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００１２】実施例５ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．０
５ｍｍのＡｕ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイ
ヤモンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとん
ど同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例６ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．２
ｍｍのＺｎ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例７ 溶媒２に添加する窒素ゲッターに粒径４４ミクロン以下
（平均１０ミクロン）のＺｒ粉末を溶媒に対し３重量％
添加した他は実施例１と同様にしてダイヤモンドの合成
を行った。その結果、実施例１とほとんど同じ良質なII
ａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
５ｍｍのＡｕ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイ
ヤモンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとん
ど同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例６ 種結晶４と溶媒２の間に配置する金属板３に厚み０．２
ｍｍのＺｎ板を用いた他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例７ 溶媒２に添加する窒素ゲッターに粒径４４ミクロン以下
（平均１０ミクロン）のＺｒ粉末を溶媒に対し３重量％
添加した他は実施例１と同様にしてダイヤモンドの合成
を行った。その結果、実施例１とほとんど同じ良質なII
ａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００１３】実施例８ 溶媒２に添加する窒素ゲッターに粒径４４ミクロン以下
（平均１０ミクロン）のＡｌＴｉ合金粉末を溶媒に対し
３重量％添加した他は実施例１と同様にしてダイヤモン
ドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど同じ
良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例９ 溶媒２に添加する窒素ゲッターとしてＡｌＴｉ合金粉末
の代わりに、ＣｕＴｉ、ＳｎＴｉ又はＳｉ5 Ｔｉ6 合金
粉末を用いた他は実施例８と同様にしてダイヤモンドの
合成を行った。その結果、いずれの場合も、実施例１と
ほとんど同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。実施例１０ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
（平均１０ミクロン）のＡｌＴｉ合金粉末を溶媒に対し
３重量％添加した他は実施例１と同様にしてダイヤモン
ドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど同じ
良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。実施例９ 溶媒２に添加する窒素ゲッターとしてＡｌＴｉ合金粉末
の代わりに、ＣｕＴｉ、ＳｎＴｉ又はＳｉ5 Ｔｉ6 合金
粉末を用いた他は実施例８と同様にしてダイヤモンドの
合成を行った。その結果、いずれの場合も、実施例１と
ほとんど同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られ
た。実施例１０ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００１４】実施例１１ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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（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
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。 実施例１２ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。 実施例１３ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｃ
ｏ粉末、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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
ｅ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（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
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。 実施例１２ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。 実施例１３ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｃ
ｏ粉末、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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００１５】実施例１４ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｎ
ｉ粉末、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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
ｉ粉末、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た他は実施例１と同様にしてダイヤ
モンドの合成を行った。その結果、実施例１とほとんど
同じ良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００１６】比較例１ 溶媒と種結晶の間に金属板を配置せずに、他は実施例１
と同様にダイヤモンドの合成を試みた。窒素含有量の少
ない（約０．１ｐｐｍ）の結晶が得られたが、インクル
ージョンの巻き込み量は約１．５重量％と多く、良質な
結晶は得られなかった。実施例１５ 溶媒と種結晶の間に配置するＣｕ板の厚みを２ｍｍとし
た他は実施例１と同様にダイヤモンドの合成を試みた。
成長したダイヤモンド結晶は表面に埋め残しの多い骸晶
状となった。実施例１６ 窒素ゲッターとして溶媒に添加するＴｉの量を１５重量
％とした他は実施例１と同様にダイヤモンドの合成を試
みた。種結晶から成長した結晶は多結晶化していた。
と同様にダイヤモンドの合成を試みた。窒素含有量の少
ない（約０．１ｐｐｍ）の結晶が得られたが、インクル
ージョンの巻き込み量は約１．５重量％と多く、良質な
結晶は得られなかった。実施例１５ 溶媒と種結晶の間に配置するＣｕ板の厚みを２ｍｍとし
た他は実施例１と同様にダイヤモンドの合成を試みた。
成長したダイヤモンド結晶は表面に埋め残しの多い骸晶
状となった。実施例１６ 窒素ゲッターとして溶媒に添加するＴｉの量を１５重量
％とした他は実施例１と同様にダイヤモンドの合成を試
みた。種結晶から成長した結晶は多結晶化していた。
【００１７】実施例１７ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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、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の合成を行った。
その結果、種結晶は溶媒中に完全に溶解してしまい、ダ
イヤモンドの成長は不充分であった。実施例１８ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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
モンドの合成を行った。その結果、種結晶以外の所より
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、良質なダイヤモンド結晶はほとんど得られなか
った。
ｅ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、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の合成を行った。
その結果、種結晶は溶媒中に完全に溶解してしまい、ダ
イヤモンドの成長は不充分であった。実施例１８ 溶媒の原料として粒径５０〜１００ミクロンの高純度Ｆ
ｅ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
モンドの合成を行った。その結果、種結晶以外の所より
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、良質なダイヤモンド結晶はほとんど得られなか
った。
【００１８】
【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ないダイヤモン
ド結晶を、安価に安定して合成できる。本方法によって
合成ダイヤモンドを装飾用途、光学部品などに利用する
ことが可能なものとなる。
無色透明でインクルージョンのほとんどないダイヤモン
ド結晶を、安価に安定して合成できる。本方法によって
合成ダイヤモンドを装飾用途、光学部品などに利用する
ことが可能なものとなる。
【図１】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概略断面図である。
の試料室構成を示す概略断面図である。
１：炭素源 ２：溶媒金属（窒素ゲッターを含む） ３：金属板 ４：種結晶 ５：絶縁体 ６：黒鉛ヒーター ７：圧力媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 3/06 C01B 31/06 C30B 29/04
Claims (4)
- 【請求項１】 温度差法によるダイヤモンド結晶合成に
おいて、溶媒金属に窒素ゲッターとしてＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種もしくは二種以上
の金属を添加し、かつ、前記溶媒金属と種結晶との間に
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｚｎ，Ｃｄから選ばれる一種もしく
は二種以上からなる金属板を配置した状態でダイヤモン
ドの合成を開始す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】 前記の溶媒金属と種結晶との間に配置さ
れる金属板の厚みは０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下であ
る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用いられるＴ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａから選ばれる一種もし
くは二種以上の金属の含有量が、溶媒金属に対して０．
２〜１０重量％であることを特徴とする請求項１または
２記載のダイヤモンド単結晶の合成方法。 - 【請求項４】 前記溶媒金属は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｃｒの中から選ばれる一種もしくは二種以上からな
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または２または３記載のダイヤモンド単
結晶の合成方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP34194092A JP3259384B2 (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | ダイヤモンド単結晶の合成方法 |
| KR1019930013401A KR940014144A (ko) | 1992-01-22 | 1993-07-16 | 다이아몬드 단결정의 제조방법 |
| EP93306785A EP0603995A1 (en) | 1992-12-22 | 1993-08-26 | Process for the synthesising diamond single crystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34194092A JP3259384B2 (ja) | 1992-12-22 | 1992-12-22 | ダイヤモンド単結晶の合成方法 |
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|---|---|
| JPH06182184A JPH06182184A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3259384B2 true JP3259384B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=18349942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34194092A Expired - Fee Related JP3259384B2 (ja) | 1992-01-22 | 1992-12-22 | ダイヤモンド単結晶の合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259384B2 (ja) |
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| US9199357B2 (en) | 1997-04-04 | 2015-12-01 | Chien-Min Sung | Brazed diamond tools and methods for making the same |
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| US9221154B2 (en) | 1997-04-04 | 2015-12-29 | Chien-Min Sung | Diamond tools and methods for making the same |
| US7368013B2 (en) | 1997-04-04 | 2008-05-06 | Chien-Min Sung | Superabrasive particle synthesis with controlled placement of crystalline seeds |
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| US8678878B2 (en) | 2009-09-29 | 2014-03-25 | Chien-Min Sung | System for evaluating and/or improving performance of a CMP pad dresser |
| US9138862B2 (en) | 2011-05-23 | 2015-09-22 | Chien-Min Sung | CMP pad dresser having leveled tips and associated methods |
| US9724802B2 (en) | 2005-05-16 | 2017-08-08 | Chien-Min Sung | CMP pad dressers having leveled tips and associated methods |
| US8393934B2 (en) | 2006-11-16 | 2013-03-12 | Chien-Min Sung | CMP pad dressers with hybridized abrasive surface and related methods |
| WO2012162430A2 (en) | 2011-05-23 | 2012-11-29 | Chien-Min Sung | Cmp pad dresser having leveled tips and associated methods |
| EP4067540A4 (en) * | 2019-11-26 | 2022-12-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | SYNTHETIC SINGLE CRYSTAL DIAMOND, EQUIPPED TOOL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF SYNTHETIC SINGLE CRYSTAL DIAMOND |
-
1992
- 1992-12-22 JP JP34194092A patent/JP3259384B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06182184A (ja) | 1994-07-05 |
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