JP3398759B2 - 導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法 - Google Patents
導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶格子中に多量
のホウ素を含有するダイヤモンド微粒子の製造方法に関
する。
のホウ素を含有するダイヤモンド微粒子の製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】導電性ダイヤモンド粒子を合成する方法
として、ダイヤモンド転換触媒または原料黒鉛粉末にホ
ウ素を混合した混合粉末体を使用することは従来から提
案されてきた。しかし、半導体ダイヤモンドが実現する
ホウ素濃度は１００−１０００ｐｐｍ（０．０１−０．
１ｗｔ％）とされており、このような低濃度ホウ素の半
導体ダイヤモンドは研究されていた。
として、ダイヤモンド転換触媒または原料黒鉛粉末にホ
ウ素を混合した混合粉末体を使用することは従来から提
案されてきた。しかし、半導体ダイヤモンドが実現する
ホウ素濃度は１００−１０００ｐｐｍ（０．０１−０．
１ｗｔ％）とされており、このような低濃度ホウ素の半
導体ダイヤモンドは研究されていた。
【０００３】（１）ベントルフとボベンカークは１００
ｐｐｍ程度のホウ素を添加した半導体ダイヤモンドの合
成方法について報告している(R.H.Wentorf, Jr. and H.
P.Bovenkark, J.Chem.Phys., 36, 1987-90(1962)) 。
（２）ウイリアムスらはホウ素を約１００ｐｐｍ含有す
るダイヤモンド結晶が室温で約１００−１０００Ω・ｃ
ｍの導電率を持つ半導体であることを報告している(A.
W.S.Williams, E.C.Lightowlers, A.T.Collins, J.Phy
s.C. Solid St. Phys., 3,1727-1735(1970))。
ｐｐｍ程度のホウ素を添加した半導体ダイヤモンドの合
成方法について報告している(R.H.Wentorf, Jr. and H.
P.Bovenkark, J.Chem.Phys., 36, 1987-90(1962)) 。
（２）ウイリアムスらはホウ素を約１００ｐｐｍ含有す
るダイヤモンド結晶が室温で約１００−１０００Ω・ｃ
ｍの導電率を持つ半導体であることを報告している(A.
W.S.Williams, E.C.Lightowlers, A.T.Collins, J.Phy
s.C. Solid St. Phys., 3,1727-1735(1970))。
【０００４】低濃度ホウ素を混合して得られた半導体ダ
イヤモンドに関する研究報告はこれら以外にも多数報告
されている。しかし、５０００ｐｐｍ（０．５ｗｔ％）
以上のホウ素を混合して得られる導電性ダイヤモンドに
関する研究は皆無である。また、導電性ダイヤモンド粒
子を利用した産業製品は現在まで皆無である。
イヤモンドに関する研究報告はこれら以外にも多数報告
されている。しかし、５０００ｐｐｍ（０．５ｗｔ％）
以上のホウ素を混合して得られる導電性ダイヤモンドに
関する研究は皆無である。また、導電性ダイヤモンド粒
子を利用した産業製品は現在まで皆無である。
【０００５】このような低濃度ホウ素を含むダイヤモン
ドやホウ素を含まないダイヤモンドの粒径は、１００μ
ｍ以上である。研磨剤として使用される微粒ダイヤモン
ドは、この粒径の結晶を粉砕することによって製造され
ているが、高硬度のダイヤモンドの粉砕は容易ではな
い。
ドやホウ素を含まないダイヤモンドの粒径は、１００μ
ｍ以上である。研磨剤として使用される微粒ダイヤモン
ドは、この粒径の結晶を粉砕することによって製造され
ているが、高硬度のダイヤモンドの粉砕は容易ではな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】導電性ダイヤモンド皮
膜をたとえば電気分解用電極（特に陽極）材料として使
用すれば、高電流密度、長寿命、耐酸化性皮膜が実現す
るであろうことは想定されていたが、均質なダイヤモン
ド皮膜を形成するには１０μｍ以下の微粒子が必要であ
る。このような微粒子を１００μｍ程度のダイヤモンド
粒子を粉砕して製造するのはきわめて能率が悪い。しか
し、予め導電性ダイヤモンド微粒子を得る方法が未解決
であったために、用途開発が著しく遅れていた。そこ
で、本発明は、平均粒径２０〜３０μｍの導電性ダイヤ
モンド微粒子を製造する技術を開発することを課題とし
ている。
膜をたとえば電気分解用電極（特に陽極）材料として使
用すれば、高電流密度、長寿命、耐酸化性皮膜が実現す
るであろうことは想定されていたが、均質なダイヤモン
ド皮膜を形成するには１０μｍ以下の微粒子が必要であ
る。このような微粒子を１００μｍ程度のダイヤモンド
粒子を粉砕して製造するのはきわめて能率が悪い。しか
し、予め導電性ダイヤモンド微粒子を得る方法が未解決
であったために、用途開発が著しく遅れていた。そこ
で、本発明は、平均粒径２０〜３０μｍの導電性ダイヤ
モンド微粒子を製造する技術を開発することを課題とし
ている。
【０００７】
【問題を解決するための手段】本発明者らは、従来研究
されていなかった高濃度ホウ素添加黒鉛を使用すること
によって所望の導電性微粒ダイヤモンドが得られる可能
性を探求した結果、平均粒径２０〜３０μｍの導電性ダ
イヤモンド粒子が得られるという知見を得た。
されていなかった高濃度ホウ素添加黒鉛を使用すること
によって所望の導電性微粒ダイヤモンドが得られる可能
性を探求した結果、平均粒径２０〜３０μｍの導電性ダ
イヤモンド粒子が得られるという知見を得た。
【０００８】本発明は、上記の知見に基づき、従来のダ
イヤモンド粒子の製造条件と同じ実用的な圧力温度範囲
で優れた導電性ダイヤモンド微粒子が得られるという特
徴を持っている。
イヤモンド粒子の製造条件と同じ実用的な圧力温度範囲
で優れた導電性ダイヤモンド微粒子が得られるという特
徴を持っている。
【０００９】すなわち、本発明は、ホウ素を黒鉛に対し
て０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下含む黒鉛をダイヤモ
ンド転換金属触媒と共存させ、１２００℃以上の温度お
よび４．５ＧＰａ以上の圧力の高温高圧下で黒鉛をダイ
ヤモンドに変換することを特徴とする平均粒径２０〜３
０μｍの導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法である。
ホウ素の量が黒鉛に対して０．５ｗｔ未満では、生成
するダイヤモンドの粒径が大きく（１００μｍ以上）、
また、１５ｗｔ％を越えるとダイヤモンドを生成させる
ことができない。これは、炭化ホウ素の生成がダイヤモ
ンドの生成に優先されるためと思われる。
て０．５ｗｔ％以上１５ｗｔ％以下含む黒鉛をダイヤモ
ンド転換金属触媒と共存させ、１２００℃以上の温度お
よび４．５ＧＰａ以上の圧力の高温高圧下で黒鉛をダイ
ヤモンドに変換することを特徴とする平均粒径２０〜３
０μｍの導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法である。
ホウ素の量が黒鉛に対して０．５ｗｔ未満では、生成
するダイヤモンドの粒径が大きく（１００μｍ以上）、
また、１５ｗｔ％を越えるとダイヤモンドを生成させる
ことができない。これは、炭化ホウ素の生成がダイヤモ
ンドの生成に優先されるためと思われる。
【００１０】上記の黒鉛は、ホウ素を含む黒鉛成形体ま
たはホウ素と黒鉛の粉末混合体を用いることができる。
ホウ素を含む黒鉛成形体は、例えば、原子炉用として生
産されているホウ素含有黒鉛などを使用することができ
る。上記のダイヤモンド転換金属触媒は、ダイヤモンド
合成用金属触媒として公知（.P.Bovenkerk,F.P.Bundy,
H.T.Hall,H.M.Strong,R.H.Wentorf,Jr.,Nature,184,109
4-8(1959) ）の鉄、ニッケル、コバルトまたはこれらの
金属を主成分とする合金を使用することができる。温度
および圧力条件は、ダイヤモンドの熱力学的安定条件を
満たす組み合わせとする。１２００℃未満の温度では、
金属触媒が溶解しないため、ダイヤモンドが生成しな
い。４．５ＧＰａ未満の圧力では、ダイヤモンドの熱力
学安定条件を満たすことができない。
たはホウ素と黒鉛の粉末混合体を用いることができる。
ホウ素を含む黒鉛成形体は、例えば、原子炉用として生
産されているホウ素含有黒鉛などを使用することができ
る。上記のダイヤモンド転換金属触媒は、ダイヤモンド
合成用金属触媒として公知（.P.Bovenkerk,F.P.Bundy,
H.T.Hall,H.M.Strong,R.H.Wentorf,Jr.,Nature,184,109
4-8(1959) ）の鉄、ニッケル、コバルトまたはこれらの
金属を主成分とする合金を使用することができる。温度
および圧力条件は、ダイヤモンドの熱力学的安定条件を
満たす組み合わせとする。１２００℃未満の温度では、
金属触媒が溶解しないため、ダイヤモンドが生成しな
い。４．５ＧＰａ未満の圧力では、ダイヤモンドの熱力
学安定条件を満たすことができない。
【００１１】本発明において、上記のように多量のホウ
素を添加した理由を説明する。常圧において１６００℃
で、液相の鉄に対して約１５ｗｔ％のホウ素が溶解する
ことが知られている。ダイヤモンドを合成する超高圧で
どの程度のホウ素が液相に溶解するかは不明であるが、
鉄、ニッケル、コバルトなどは互いに似たような性質を
持つ元素であるから、これらを含む液相でもおよそ１５
ｗｔ％程度のホウ素が液相中に溶解すると想定される。
多量のホウ素を含む黒鉛と接触している転換触媒液相
は、転換触媒液相に対するホウ素の溶解度が炭素に対す
るホウ素の溶解度に比べて相対的に大きいため、すみや
かに、かつ選択的にホウ素を溶解すると考えられる。
素を添加した理由を説明する。常圧において１６００℃
で、液相の鉄に対して約１５ｗｔ％のホウ素が溶解する
ことが知られている。ダイヤモンドを合成する超高圧で
どの程度のホウ素が液相に溶解するかは不明であるが、
鉄、ニッケル、コバルトなどは互いに似たような性質を
持つ元素であるから、これらを含む液相でもおよそ１５
ｗｔ％程度のホウ素が液相中に溶解すると想定される。
多量のホウ素を含む黒鉛と接触している転換触媒液相
は、転換触媒液相に対するホウ素の溶解度が炭素に対す
るホウ素の溶解度に比べて相対的に大きいため、すみや
かに、かつ選択的にホウ素を溶解すると考えられる。
【００１２】このように、ホウ素を選択的に溶解した液
相に炭素が溶解すると、その炭素はダイヤモンドに変化
すると同時に、炭化ホウ素を析出させようとする反応も
伴う。特に、多量のホウ素を液相に溶解した系では、こ
のような二種類の反応が競合的に進むと考えられる。な
ぜ、多量のホウ素を液相に溶解させると微粒ダイヤモン
ドが析出するかという正確な機構は未知であるが、ダイ
ヤモンドと炭化ホウ素が競合して析出しようとする過程
で、ダイヤモンド粒子の粒成長が阻害されると考えられ
る。
相に炭素が溶解すると、その炭素はダイヤモンドに変化
すると同時に、炭化ホウ素を析出させようとする反応も
伴う。特に、多量のホウ素を液相に溶解した系では、こ
のような二種類の反応が競合的に進むと考えられる。な
ぜ、多量のホウ素を液相に溶解させると微粒ダイヤモン
ドが析出するかという正確な機構は未知であるが、ダイ
ヤモンドと炭化ホウ素が競合して析出しようとする過程
で、ダイヤモンド粒子の粒成長が阻害されると考えられ
る。
【００１３】比較のためにホウ素を添加していない等方
性黒鉛板を原料としてダイヤモンドを合成した結果、生
成したダイヤモンドの粒径は１００〜２００μｍであっ
た。
性黒鉛板を原料としてダイヤモンドを合成した結果、生
成したダイヤモンドの粒径は１００〜２００μｍであっ
た。
【００１４】本発明の方法によって得られたダイヤモン
ド微粒子は、導電性耐薬品皮膜などに使用し、従来材料
では得られない長寿命の導電性皮膜を実現することがで
きる。また、導電性でかつ高硬度であるから、放電と機
械的研削プロセスを結合させた高能率研削砥石用砥粒と
しても好適である。
ド微粒子は、導電性耐薬品皮膜などに使用し、従来材料
では得られない長寿命の導電性皮膜を実現することがで
きる。また、導電性でかつ高硬度であるから、放電と機
械的研削プロセスを結合させた高能率研削砥石用砥粒と
しても好適である。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
実施例１
ニッケル円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（１０ｍｇ）と
の混合粉末を積層した。これをＮａＣｌ成形体からなる
カプセルに入れ、これをベルト型高圧装置を用いて高温
高圧（５．５万気圧、１５００℃）に１０分間保持し
た。取り出した試料を王水中で煮沸してニッケルを溶解
除去しダイヤモンドを回収した。得られたダイヤモンド
は、径７ｍｍの円盤状であったが、２０〜３０μｍの微
粒子の集合体であった。これを乳鉢で擦りつぶすことに
より、簡単に２０〜３０μｍの粉末を得ることができ
た。
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（１０ｍｇ）と
の混合粉末を積層した。これをＮａＣｌ成形体からなる
カプセルに入れ、これをベルト型高圧装置を用いて高温
高圧（５．５万気圧、１５００℃）に１０分間保持し
た。取り出した試料を王水中で煮沸してニッケルを溶解
除去しダイヤモンドを回収した。得られたダイヤモンド
は、径７ｍｍの円盤状であったが、２０〜３０μｍの微
粒子の集合体であった。これを乳鉢で擦りつぶすことに
より、簡単に２０〜３０μｍの粉末を得ることができ
た。
【００１６】実施例２
ニッケル円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（０．５ｍｇ）
との混合粉末を積層し、実施例１と同様な処理を行っ
た。２０〜３０μｍのダイヤモンド微粒子の集合体が得
られ、粉砕により２０〜３０μｍの粉末を得ることがで
きた。
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（０．５ｍｇ）
との混合粉末を積層し、実施例１と同様な処理を行っ
た。２０〜３０μｍのダイヤモンド微粒子の集合体が得
られ、粉砕により２０〜３０μｍの粉末を得ることがで
きた。
【００１７】実施例３
ニッケル円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（１５ｍｇ）と
の混合粉末を積層し、実施例１と同様な処理を行った。
２０〜３０μｍのダイヤモンド微粒子の集合体が得ら
れ、粉砕により２０〜３０μｍのの粉末を得ることがで
きた。
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（１５ｍｇ）と
の混合粉末を積層し、実施例１と同様な処理を行った。
２０〜３０μｍのダイヤモンド微粒子の集合体が得ら
れ、粉砕により２０〜３０μｍのの粉末を得ることがで
きた。
【００１８】実施例４
ニッケル円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、ホウ素１０ｗｔ％を予め添加した黒鉛成形体とを積
層し、実施例１と同様な処理を行った。２０〜３０μｍ
のダイヤモンド微粒子の集合体が得られ、粉砕により２
０〜３０μｍの粉末を得ることができた。微粒子の集合
体の走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。
と、ホウ素１０ｗｔ％を予め添加した黒鉛成形体とを積
層し、実施例１と同様な処理を行った。２０〜３０μｍ
のダイヤモンド微粒子の集合体が得られ、粉砕により２
０〜３０μｍの粉末を得ることができた。微粒子の集合
体の走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。
【００１９】実施例５
コバルト円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、ホウ素１０ｗｔ％を予め添加した黒鉛成形体とを積
層し、実施例１と同様な処理を行った。２０〜３０μｍ
のダイヤモンド微粒子の集合体が得られ、粉砕により２
０〜３０μｍの粉末を得ることができた。
と、ホウ素１０ｗｔ％を予め添加した黒鉛成形体とを積
層し、実施例１と同様な処理を行った。２０〜３０μｍ
のダイヤモンド微粒子の集合体が得られ、粉砕により２
０〜３０μｍの粉末を得ることができた。
【００２０】実施例６
鉄６３％、ニッケル３１％、コバルト６％の合金板（７
ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）と、ホウ素１０ｗｔ
％を予め添加した黒鉛成形体とを積層し、実施例１と同
様な処理を行った。２０〜３０μｍのダイヤモンド微粒
子の集合体が得られ、粉砕により２０〜３０μｍの粉末
を得ることができた。
ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）と、ホウ素１０ｗｔ
％を予め添加した黒鉛成形体とを積層し、実施例１と同
様な処理を行った。２０〜３０μｍのダイヤモンド微粒
子の集合体が得られ、粉砕により２０〜３０μｍの粉末
を得ることができた。
【００２１】比較例１
ニッケル円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）粉末を積層し、実施例１
と同様な処理を行った。生成したダイヤモンドは１００
〜２００μｍの粒子の集合体であり、実施例１と同様な
条件で粉砕しても１００μｍ以上の粒子が残存した。粒
子の集合体の走査型電子顕微鏡写真を図２に示す。
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）粉末を積層し、実施例１
と同様な処理を行った。生成したダイヤモンドは１００
〜２００μｍの粒子の集合体であり、実施例１と同様な
条件で粉砕しても１００μｍ以上の粒子が残存した。粒
子の集合体の走査型電子顕微鏡写真を図２に示す。
【００２２】比較例２
ニッケル円板（７ｍｍφ×０．５ｍｍ，２００ｍｇ）
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（２０ｍｇ）と
の混合粉末を積層し、実施例１と同様な処理を行った。
ホウ素添加量が過剰のためにダイヤモンドはほとんど生
成しなかった。
と、等方性黒鉛（１００ｍｇ）とホウ素（２０ｍｇ）と
の混合粉末を積層し、実施例１と同様な処理を行った。
ホウ素添加量が過剰のためにダイヤモンドはほとんど生
成しなかった。
【図１】本発明の実施例４の製造方法により得られた２
０〜３０μｍのダイヤモンド粒子の集合体の形状を示す
図面代用の走査顕微鏡写真である。
０〜３０μｍのダイヤモンド粒子の集合体の形状を示す
図面代用の走査顕微鏡写真である。
【図２】比較例１の製造方法により得られた１００〜２
００μｍのダイヤモンド粒子の集合体の形状を示す図面
代用の走査顕微鏡写真である。
００μｍのダイヤモンド粒子の集合体の形状を示す図面
代用の走査顕微鏡写真である。
Claims (4)
- 【請求項１】 ホウ素を黒鉛に対して０．５ｗｔ％以上
１５ｗｔ％以下含む黒鉛をダイヤモンド転換金属触媒と
共存させ、１２００℃以上の温度および４．５ＧＰａ以
上の圧力の高温高圧下で黒鉛をダイヤモンドに変換する
ことを特徴とする平均粒径２０〜３０μｍの導電性ダイ
ヤモンド微粒子の製造方法。 - 【請求項２】 上記の黒鉛は、ホウ素を含む黒鉛成形体
またはホウ素と黒鉛の粉末混合体であることを特徴とす
る請求項１記載の導電性ダイヤモンド微粒子の製造方
法。 - 【請求項３】 上記のダイヤモンド転換金属触媒は、
鉄、ニッケル、コバルトまたはこれらの金属を主成分と
する合金であることを特徴とする請求項１記載の導電性
ダイヤモンド微粒子の製造方法。 - 【請求項４】 温度および圧力条件は、ダイヤモンドの
熱力学的安定条件を満たす組み合わせであることを特徴
とする請求項１記載の導電性ダイヤモンド微粒子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35874399A JP3398759B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35874399A JP3398759B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001170474A JP2001170474A (ja) | 2001-06-26 |
| JP3398759B2 true JP3398759B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=18460890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35874399A Expired - Lifetime JP3398759B2 (ja) | 1999-12-17 | 1999-12-17 | 導電性ダイヤモンド微粒子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3398759B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107376786A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-11-24 | 河南理工大学 | 一种高硬度聚晶金刚石烧结设备及相应烧结方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4421745B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2010-02-24 | 東洋炭素株式会社 | 半導体ダイヤモンド合成用黒鉛材及び半導体ダイヤモンドの製造方法 |
-
1999
- 1999-12-17 JP JP35874399A patent/JP3398759B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107376786A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-11-24 | 河南理工大学 | 一种高硬度聚晶金刚石烧结设备及相应烧结方法 |
| CN107376786B (zh) * | 2017-08-24 | 2020-12-18 | 河南理工大学 | 一种高硬度聚晶金刚石烧结设备及相应烧结方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001170474A (ja) | 2001-06-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
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Ref document number: 3398759 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
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