JP4106272B2 - 気相化学蒸着方法及びその装置 - Google Patents
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Description
特に、80年代に入ってはメタンと水素を主原料にする気相を介した低圧のダイヤモンド合成(気相化学蒸着法)が可能になるに伴い、その重要性が一層強調されている。
特に、高温での金属フィラメントの弛みが発生するが、これは高温でフィラメント自体の荷重によるフィラメントの変形に起因する。
特に、ダイヤモンドの合成に用いられる一般的なフィラメントの直径は0.02〜0.5mmであるとの点を考慮すれば、炭化したフィラメントの維持が非常に困難であることが分かる。
このような問題点を調節して防止することが、高温フィラメント気相化学蒸着法の最大の問題である。
以下、本発明の方法に係る装置を添付の図面に基づきより具体的に検討してみる。
説明されていない符号10は、蓋板3を電極4に固定するため用いる締結ピンである。
このような曲面部1は、使用を望むフィラメント8の直径の大きさに従いその曲面率の大きさを加減して用いることができる。
電力供給部材5を介して電力を与えると、フィラメントは図3に示す「X」領域において高温に発熱される。
以下、本発明に係る装置を実施例に基づき検討してみる。
フィラメントがかけられる固定された電極の一側の曲面部分の半径を20mmにして両電極間の距離を25cmにし、それぞれ両側の電極にかけられる金属フィラメントの直径と、電極に存在するフィラメントと平行した支持部の領域(図3の「Y」)の大きさと有無、及び個別的なフィラメントに張力を与える荷重の大きさに伴うフィラメントの適用の可否を検討した結果は比較表1の通りである。
フィラメントの直径と荷重、そして電極の支持部領域(「Y」)の存在有無に従うフィラメントの再使用可否と破壊現象
前記比較表1の結果から分かるように、支持部領域の「Y」のない電極を用いた場合1〜3回の昇温及び冷却により殆ど全てのフィラメントに破壊が発生した。
しかし、電極に存在するフィラメントの支持領域となる支持部領域の「Y」が存在する場合は、フィラメントの持続的な再使用が可能であることが分かる。
さらに、必要以上の重さで張力を与える場合は、高温での持続的な変形によりフィラメントの破壊が発生した。
本発明に係る装置を次のように設けてインサート型工具のダイヤモンドコーティングを行った。
フィラメントがかけられる固定された電極の滑らかな曲面部の半径が20mm、電極の上部に形成される支持部領域(「Y」)が10mmの電極を用い、このとき電極間の距離25cmを設け、直径0.2mmのタングステンフィラメント15個を用いてそれぞれのタングステンフィラメントに重さ10gの金属を吊して設けるが、電極に自然にかけられるフィラメントは電極の前記支持部領域に形成された凹溝に合わせて配列したが、このときタングステンフィラメントの配列がタングステンフィラメント自体の有する剛性により隣接するフィラメントと正確に平行関係がなされてはいなかった。
このような状態で、10時間余りの加熱により炭化が完了したあと電源を遮断して冷却させた結果、前記の説明で図3の支持部の領域である「Y」領域では炭化が発生しなかった。
このとき、炭化したフィラメントはそれぞれのフィラメントにかかっている重さにより水平を維持し、温度の昇温中に又は設定しておいた温度に安定化する前にフィラメントの熱膨張と収縮が繰り返された。
Claims (5)
- 高温下で気相の原料を分解する熱源として高温の金属フィラメントを用い、メタンと水素ガスとを主原料に気相化学蒸着によりダイヤモンドを合成する気相化学蒸着方法において、
電力の供給によりフィラメントが発熱してダイヤモンドが合成される中央の基材上に一対の電極を配設し、両電極の上部面にはフィラメントが接触しながら架けられる支持部領域を設け、前記フィラメントが発熱しないようにする支持部領域でフィラメントを導体で囲んでフィラメントの発熱を防止することを特徴とする気相化学蒸着方法。 - 請求項1において、
前記フィラメントが温度変化に伴う熱膨張、収縮、炭化に伴う変化に自在に動作するよう、電力が供給される電極の両側の全てに何等固定されることなく電極の一側面に形成された曲面部に沿って金属フィラメントが自在に摺動するように架けられることを特徴とする気相化学蒸着方法。 - 請求項1又は請求項2において、
前記電極の上部面にかけられる前記フィラメントに張力を与えるため各フィラメントの終端に重力だけを利用して個別に重量を与える錘を設けることを特徴とする気相化学蒸着方法。 - 高温下で気相の原料を分解する熱源として高温の金属フィラメントを用い、メタンと水素ガスとを主原料に気相化学蒸着によりダイヤモンドを合成する気相化学蒸着装置において、
導電性を有する一対の電極を有し、各電極の上部面に形成された支持部と各電極の外側面に形成された曲面部とを備え、前記支持部にはそれぞれ両端に金属性錘が設けられた複数の金属性フィラメントが一対の電極に架けられた状態で設けられ、前記フィラメントのうち前記一対の電極間の部分では発熱を行い、
前記支持部に設けられるフィラメントの上部に導電性蓋板を設け、前記支持部部分に存在するフィラメントの発熱を防止することを特徴とする気相化学蒸着装置。 - 請求項4において、
前記支持部には所定の間隔を置いて互いに平行した複数の凹溝部が形成されており、それぞれの凹溝部には前記複数のフィラメントがそれぞれ設けられることを特徴とする気相化学蒸着装置。
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