JP4216499B2

JP4216499B2 - ダイヤモンドクラスターの成長

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Publication number: JP4216499B2
Application number: JP2001527910A
Authority: JP
Inventors: デイビーズ、ジェフリー、ジョン; チャプマン、レイモンド、アルバート; ヘッジス、レスリー、ケイ; ステュワート、オーレット
Original assignee: デビアスインダストリアルダイアモンズ（プロプライエタリイ）リミテッド
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: WO2001024920A1; ATE248646T1; DE60005034D1; EP1218095A1; IL148647A; KR20020062920A; AU7547700A; US6676750B1; DE60005034T2; AU773243B2; CA2386472A1; KR100712768B1; CA2386472C; ES2204690T3; CN1197645C; CN1377296A; IL148647A0; JP2003511325A; EP1218095B1

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、ダイヤモンドクラスターの成長に関する。
【０００２】
核形成部位の数を制御することによって結晶化を制御するために、複数の種(seeds)を使用する方法は、結晶成長の技術では周知である。ダイヤモンドの結晶を合成する場合、小さいダイヤモンド粒子を複数の種として使用して、自然核化作用による結晶成長よりも、それら種の上における結晶成長の優位性を促進することができる。そのような用途のためには、それら種が既知の粒径分布を確実に持っており、その結果、多数の種を確実に制御することができ、また、それら種を均一且つ不連続に確実に分布させることが望ましい。
【０００３】
高圧高温（ＨＰＨＴ）でダイヤモンド結晶を成長させる技術において、種は一般的に、粒径のみに基づいて選定される非双晶の単結晶であるダイヤモンド粒子である。そのような種は通常、一層大きいＨＰＨＴ合成ダイヤモンド結晶を粉砕することによって造られ、また、これらの種を用いて成長したダイヤモンドは、圧倒的に、立方晶八面体形態の非双晶の単結晶によって支配されている。ダイヤモンドを成長させるこの方法において、圧力及び温度に関する実質的に同一の条件下での黒鉛とダイヤモンドの間の溶解性の差異は、結晶化するための原動力(driving force; 駆動力)（過飽和）として使用される。この方法は、他には、同素体変化法(allotroic change method)として知られている。
【０００４】
大きい単結晶のダイヤモンドを成長させる特殊な場合、複数の種は通常、幾分大きく、それら種を結晶学的に配向させ、このようにして、ダイヤモンドの成長は好ましい結晶方向に促進される。プレート晶癖(plate habit)を有する単結晶ダイヤモンドを成長させる特殊な場合、欧州特許公開第０７８０１５３号明細書（１９９７年）に教示されるように、巨視的な複数の双晶面を有する複数の種を選定し、適切に配向し、結晶成長が好ましい結晶方向で生じるようにする。ダイヤモンド結晶を成長させるこれらの方法において、２つの異なる温度と、実質的に同一の圧力の間の溶解性の差異は、結晶化するための原動力として使用される。
この方法は、他には、温度勾配法として知られている。
【０００５】
（発明の概要）
本発明によるダイヤモンドクラスターは、コアと、該コアから外へ向かって伸びた複数のダイヤモンド微結晶を含む表面連晶した領域(overgrown region)とを有するダイヤモンドクラスターであって、該コアから該ダイヤモンド微結晶までの距離が長くなるにつれて、該ダイヤモンド微結晶の大部分の断面積が増大している、上記ダイヤモンドクラスターである。通常、コアからダイヤモンド微結晶までの距離が長くなるにつれて、該ダイヤモンド微結晶の少なくとも８０％は、断面積が増大している。
【０００６】
ダイヤモンド微結晶は通常、金属包接体等の包接体を低濃度で、好ましくは１質量％未満で含有する。
ダイヤモンド微結晶の外表面は通常、結晶学的に明瞭な複数の表面である。
コアは、複数の構成ダイヤモンド粒子の、接合された集合体を包含する。
結晶質であるダイヤモンドクラスターの粒径は、広範囲に渡って変化することができるが、典型的には５０μｍ〜１ｍｍの範囲の粒径を有する。
【０００７】
更に、本発明による、複数のダイヤモンドクラスターを製造する方法は、炭素源を与える工程；複数の成長中心粒子を与える工程であって、各成長中心粒子が複数の構成粒子の、接合された集合体を包含する該工程；前記炭素源と前記の複数の成長中心粒子とを、溶媒／触媒と接触させることによって、反応塊(reaction mass)を造る工程；その反応塊を、結晶成長に適した高温高圧の条件にさらす工程；及び、前記反応塊から複数のダイヤモンドクラスターを回収する工程；を含む。
【０００８】
成長中心粒子は、それの構造の効力によって、無作為に配向した多数の核形成部位を与え、また、成長する初期の結晶は、成長中心の構造によって様々な結晶方向を示す。これら結晶の中には、結晶が最も速く成長する方向に成長するように配向するものもあるし、他方、一層徐々に成長する結晶もある。成長中心における核形成部位の数；成長している隣接する結晶の干渉度合；及びそれら結晶の成長方向；に左右されるが、成長が早期に終結する結晶もあるし、成長し続ける結晶もある。このために、結晶クラスターの構造が初期の成長中心粒子の構造に関連する該結晶クラスターが生じることとなる。更に、成長中心粒子を含有する複数の構成粒子が複数の双晶面を有する場合、得られる成長済み結晶クラスターは、結晶学的に双晶化した複数の結晶を含有する。更に、成長中心粒子の双晶構造(twinning structure)は、特定の結晶方向で一層速い成長を助長し、そのようにして、終結する結晶と成長し続ける結晶とを選択する役割を果たす。
【０００９】
従って、本発明の方法によって、クラスターを含有する結晶の数が少数の（１０個未満）結晶から数百個の結晶までの範囲に及ぶダイヤモンド結晶クラスターが製造されることが分かった。これら結晶には通常、実質的に小平面が刻まれており(faceted; ファセットされており)、また、クラスターには実質的に溶媒／触媒が存在しない。そのようなクラスターは、主として単結晶から、又は主として双晶から造り上げることができる。
【００１０】
複数の成長中心粒子を適切に選択することによって、選定され制御された又は特殊な好みに適合した構造の諸クラスターを製造することが可能である。これらのクラスターは、例えば、研削、ノコギリ切断、切削、旋削、フライス削り、穿孔又は研磨のような研磨粒子の用途に使用することができる。
【００１１】
（実施態様の記載）
添付の図１に、本発明のダイヤモンドクラスターの例を示す。図１を参照すれば、成長領域を形成している複数のダイヤモンド微結晶１２は、成長中心又はコア１０から放射状に広がっていることが理解できる。更に、コア１０から微結晶までの距離が大きくなるにつれて、微結晶１２の断面積は増大する。
【００１２】
図２は、本発明のダイヤモンドクラスターの例を概略的に示す。このクラスターは、表面連晶領域１６を持つコア成長中心１４を有する。表面連晶領域１６には、コア１４から外へ向かって伸びる複数のダイヤモンド微結晶１６が包含される。コア１４から微結晶１６までの距離が大きくなるにつれて、大抵の微結晶１６の断面積１８は増大する。
【００１３】
図４は、ダイヤモンドクラスターの切片の約２３倍拡大の写真であって、立方晶八面体形態が主に占めている双晶を主として含有する構造の他に、開放構造及び閉鎖構造を示している。また、明瞭な結晶表面である、ダイヤモンド微結晶の外表面も認められる。
【００１４】
炭素源及び複数の成長中心粒子を与え、各成長中心粒子が複数の構成粒子の、接合された集合体を包含する方法であって、前記炭素源と前記の複数の成長中心粒子とを、溶媒／触媒と接触させることによって、反応塊を造る工程；その反応塊を、結晶成長に適した高温高圧の条件にさらす工程；及び、前記反応塊から複数のダイヤモンドクラスターを分離して(as discrete entities)回収する工程；を含む上記方法によって、複数のダイヤモンドクラスターは製造される。
【００１５】
炭素源は、黒鉛、ＨＰＨＴ（高圧高温）合成ダイヤモンド、化学蒸着された（ＣＶＤ）ダイヤモンド、天然ダイヤモンド、又はそれら２つ以上の組み合わせ、又は当該技術で知られている他の炭素源である場合がある。
【００１６】
複数の成長中心粒子のための複数の構成粒子は通常、ダイヤモンドであり、また、熱的に安定した種類、衝撃波ダイヤモンド又は天然ダイヤモンドを含め、ＨＰＨＴ合成ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）から得ることができる。複数粒子の結合された集合体である複数の成長中心粒子によって、多数の核形成部位が与えられる。それら核形成部位の数は、構成粒子の粒径範囲と、成長中心部の粒径範囲との適切な組み合わせを選定することによって制御される。成長中心部の複数の構成粒子は、結晶学的に無作為に配向する場合がある。これら構成粒子は、適切であればいかなる粒径でもよいが、典型的には、２００μｍ未満（例えば、１μｍ未満(sub-micron)〜１００μｍ）の粒径を有する。複数の成長中心粒子はいかなる粒径でもよいが、典型的には、１ｍｍ未満の粒径を有する。
【００１７】
複数の成長中心粒子はおおよそ等軸晶(equiaxed)でもよく、或いは、１より有意に大きいアスペクト比、即ち［最大寸法］対［最小寸法］の比を有する場合もある。
【００１８】
複数の成長中心粒子の結合は、個々の構成粒子の間にある種の相互関係（通常、所定の相互関係）を創り出すようなものである。その結合は、複数の構成粒子の間の自己結合(self-bonding)であってもよいし、又は、有機又は無機の結合剤を用いてもよい。結合剤は、その反応塊が形成されてしまうまで、成長中心粒子の完全性を維持するのに十分な強度を持つべきであるし、また、ダイヤモンド結晶クラスターの成長を妨害してはいけない。
【００１９】
熱的に安定な多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）を包含する、ＰＣＤの複数の成長中心粒子は、適切な粒径のＰＣＤを選定し、次いで、適切な粒径範囲まで粉砕するか又は切削することによって与えられる場合がある。このタイプの複数の成長中心粒子には、複数の構成粒子（構成粒）が含有される。複数の成長中心粒子は、溶媒／触媒の物質を除去するように処理することができる。同様に、多結晶タイプの複数の成長中心粒子は、ＣＶＤダイヤモンドを粉砕するか又は切削することによって与えられる場合がある。
【００２０】
ＨＰＨＴダイヤモンドからの複数の成長中心粒子は、適切な粒径のフラクションのダイヤモンドを選定し；適切な結合剤を用いてそのダイヤモンドを粒状体にし；次いで、篩い分け等の適切な分粒技術によって、適切な粒径範囲の複数の成長中心粒子を篩にかける；ことによって、与えることができる。このタイプの複数の成長中心粒子は、双晶平面を実質的に有していない複数の単結晶構成粒子から成る場合がある。
【００２１】
天然ダイヤモンドの複数の成長中心粒子は、適切な粒径のフラクションのダイヤモンドを選定し；適切な結合剤を用いてそのダイヤモンドを粒状体にし；次いで、篩い分け等の適切な分粒技術によって、適切な粒径範囲の複数の成長中心粒子を篩にかける；ことによって、与えることができる。このタイプの複数の成長中心粒子は、天然ダイヤモンド源の性質に左右されて、単結晶又は双晶平面を含有する複数の構成粒子を含有する場合がある。天然ダイヤモンドの複数の成長中心粒子はまた、天然の多結晶又はクラスター又は同種のものによって与えられる場合もある。
成長中心の複数の構成粒子は、あらゆる粒径分布を持っていてもよいし、また、単一モード(unimodal)、双峰(bimodal)又は多モード(multimodal)である場合がある。
【００２２】
ダイヤモンドの溶媒／触媒は、当該技術では既知である。そのような溶媒／触媒の例は、鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属元素；これらの金属を含有する合金；ステンレス鋼；超合金（例えば、コバルトベース、ニッケルベース、及び鉄ベースのもの）；青銅（コバルト含有青銅を包含する）；例えば、ニッケル／リン、ニッケル／クロム／リン、ニッケル／パラジウム等の真鍮；である。ダイヤモンド用の他の適切な溶媒／触媒は、単体、化合物、及び遷移金属を含有しない合金（例えば、銅、銅／アルミニウム、リン等）；非金属物質又はそれらの混合物［例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属の水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、塩素酸塩、ケイ酸塩（例えば、フォルステライト、ガン火輝石）等］；並びに、当該技術で知られている他の非金属触媒；である。
【００２３】
炭素源及び複数の成長中心粒子を、適切な溶媒／触媒と接触させて、反応塊を創る。炭素源及び複数の成長中心粒子は通常、粒子形状の溶媒／触媒と混合させる。その溶媒／触媒中で炭素の過飽和を創り出して、ダイヤモンド結晶のクラスターを望ましい粒径に成長させるのに十分な炭素源が存在しなければならない。
窒素、ホウ素、リン等の当該技術で知られている結晶構造調整剤及び結晶化調整剤を、反応塊の中に導入して、特別な目的物を得ることができる。
【００２４】
反応塊は、高温／高圧装置の反応帯域に配置された反応カプセルの中に置き、次いで、それら内容物は高温／高圧の望ましい条件にさらすことができる。炭素源は溶融し、次いで、溶質は、複数の成長中心粒子の表面へ移動して、沈降するか又はその表面上で成長する。造られる複数のダイヤモンド結晶クラスターは、単結晶又は結晶学的双晶の形態及び優位性(predominance)を有する。これは、温度及び圧力の条件；溶媒／触媒の化学組成；並びに、複数の成長中心粒子の複数の構成粒子の結晶構造；の他に、利用される飽和−時間のプロフィルによって決まる。
【００２５】
本方法で使用される高温高圧の条件は、ダイヤモンドが熱力学的に安定な条件である場合がある。これらの条件は、当該技術では周知である。通常、高温は１０００〜２２００^oＣの範囲であり、高圧は４〜８ＧＰａの範囲である。高温高圧のこれら条件は、ダイヤモンド結晶クラスターを望ましい粒径まで成長させるのに十分な時間の間維持される。その時間は通常、５分より長く、数時間である場合もある。
【００２６】
また、ダイヤモンドの熱力学的安定領域の範囲外の条件下で、ダイヤモンドを成長させることも可能である。オストワルト容積の法則(the Ostwald-Volumer rule)よりもむしろオストワルトの法則(the Ostwald rule)が成長プロセスを支配するならば、ダイヤモンドの熱力学的安定領域の範囲外の温度及び圧力の条件を使用することができる［Ｓ．ボーア(Bohr)，Ｒ．ハウブナー(Haubner)，Ｂ．ラックス(Lux)：ＤｉａｍｏｎｄａｎｄＲｅｌａｔｅｄＭａｔｅｒｉａｌ，第４巻，第７１４頁〜７１９頁（１９９５）を参照］−「オストワルトの法則によれば、もしエネルギーが、幾つかのエネルギー状態を持つ系から取り去られるなら、その系は直ちには安定な基底状態に達しないが、全ての中間状態を徐々に通過する。加えて、オストワルト容積の法則によると、低密度の相が先ず形成される（核形成される）。これら２つの法則は、互いに矛盾しているように思われる場合、オストワルト容積の法則がオストワルトの法則に優先する。」ダイヤモンドの熱力学的安定領域の範囲外でのダイヤモンド結晶成長の場合、オストワルト容積の法則は、例えば圧力を加えることによって、抑制することができる。このようにして、黒鉛の結晶が実質的に存在しないという条件で、以前から存在するダイヤモンド粒子の上にダイヤモンドが成長する。
【００２７】
本発明の方法では、等温等圧条件が好ましい。しかし、例えば温度勾配法及び粒径依存過飽和のような、炭素の過飽和を生じさせる他の方法が使用される場合がある。
ダイヤモンドクラスターを、反応塊から別々に回収することは、当該技術で周知の方法によって（例えば、強い無機酸を使用して溶媒／触媒を溶かすことによって）実施することができる。
【００２８】
ダイヤモンドクラスターは、成長プロセスの間にその場で、又は回収した後に、適切な単一層又は複数の層で被覆することができる。
【００２９】
本発明は、次の諸例によって説明する。
（例１）
反応カプセルを使用して、複数のダイヤモンドクラスターを製造した。４μｍの基準粒径(nominal grain size; 公称粒径)を有する一片の多結晶質ダイヤモンド（ＰＣＤ）を粉砕し、次いで、それら粒子を篩にかけて１００μｍ未満の粒径フラクションを造ることによって、複数の成長中心粒子を造った。複数の成長中心粒子０．２ｇと、多数のコバルト−鉄−黒鉛の粉末とを用いて、混合物を作った。その混合物は、反応カプセルの中に置いて、約１３２０^oＣ及び約５．５ＧＰａの条件まで上昇させた。これらの条件は、４０分間の間維持した。希釈無機酸にコバルト−鉄を溶解させることによって、反応カプセルから複数のダイヤモンドクラスターを回収した。回収した複数のクラスターを検査して、それらの外形寸法が約４００μｍであることが分かった。また、各クラスターは、約１５個の構成結晶を含有していた。それら構成結晶の幾つかは、図１及び図３に示す通り、結晶学的に双晶化していた。
【００３０】
（例２）
７５μｍの基準粒径を有する、燒結済み多結晶質ダイヤモンドの圧粉体(compact)を粉砕し、次いで、熱希釈無機酸を使用しそれら粒子から溶媒／触媒を浸出することによって、多数の自己結合済み成長中心粒子を造った。洗浄し乾燥した後、それら成長中心粒子は篩にかけて、２５５〜４２５μｍの粒径範囲を有する粒子の集合体を与えた。複数の成長中心粒子０．９９ｇと、多数のコバルト−鉄−黒鉛の粉末混合物とから、混合物を作った。その混合物は、反応カプセルの中に置いて、約１３２０^oＣ及び約５．５ＧＰａの条件まで上昇させた。これらの条件は、１２０分間の間維持した。希釈無機酸に反応カプセル溶解して、コバルト−鉄を除去した。回収した複数のダイヤモンドクラスターを検査して、それらの外形寸法が約８５０μｍ〜１０００μｍであることが分かった。また、各クラスターはその表面に、約２５０μｍ〜約３５０μｍの粒径範囲の約１５〜２０個の結晶を含有していた。それらクラスターの表面におけるそれら結晶は、主に双晶化していた。これらのダイヤモンドクラスターは実質的に図１及び図３に示される。
【００３１】
（例３〜８）
例１のプロセスに従い、複数の他の自己結合済み成長中心粒子を使用して、図１及び図３に示す一般的タイプのダイヤモンドクラスターを造った。例３〜８は、構成粒子の粒径を選定した、複数の自己結合済み成長中心粒子を使用した事例である。これらの例において、溶媒／触媒はコバルト−鉄であり、炭素源は黒鉛であり、また、処理条件は、種々の成長時間に対して約１３２０^oＣ及び約５．４ＧＰａである。また、例３〜８は、成長中心粒子と、複数の成長中心の構成粒子との間の基準粒径の比の範囲を示す。表１における用語「粒径比」はその比をいう。
【００３２】

【００３３】

【００３４】
例６からの幾つかのクラスターは、真鍮マトリックス中に置いて、それらクラスターの中央平面が暴露されるまで研磨した。それらクラスターの構造は、２次電子放出と陰極線ルミネセンスの両者を組み合わせたものを使用した電子顕微鏡によって検査した。典型的な断面の写真は、図５に示す通りである。この写真は、それらクラスターの特徴である半径方向の成長形態を示し、また、微結晶の大きさと、成長中心の複数の粒子からクラスターの成長領域までの断面積との両者が増大していることを示す。
【００３５】
（例９〜１３）
複数の成長中心粒子は、結合剤を用いて一緒に結合した多数の構成ダイヤモンド粒子を粉砕し篩い分けすることによって造ることができる。結合剤を用いて多数の構成粒子を一緒に結合させ、複数の成長中心を造ることのできる集合体を造った結果は、例９〜１３に示す。これらの例において、溶媒／触媒はコバルト−鉄の合金であり、炭素源は黒鉛であり、また、ダイヤモンドクラスターのための条件は、種々の成長時間に対して、種々の温度で約５．５ＧＰａである。
【００３６】

【００３７】

【００３８】
（例１４）
衝撃波ダイヤモンドから造った複数の成長中心粒子を使用して、例１に従って反応カプセルを造った。それら衝撃波ダイヤモンド粒子は、７〜１０μｍの粒径範囲と、０．０４μｍの構成粒子の粒径とを有し（それらは、Ｘ線線拡大測定(x-ray line broadening measurements)から決定した）、そして約２００の粒径比を有していた。反応カプセルは、７分間の間、約５．４ＧＰａ及び約１３２０^oＣの条件にさらした。回収したダイヤモンドクラスターは、幅が約３５０〜４５０μｍであり、その表面に粒径１００〜２００μｍの１０〜１５個の結晶を有した。表面の結晶は主として双晶であった。
【００３９】
例３〜１４は、構成粒子の粒径範囲（基準０．０４μｍから基準７５μｍまで）と、複数の成長中心を形成するための複数の構成粒子を結合する方法と示す他に、成長中心粒子の粒径範囲（基準８μｍから基準４００μｍまで）をも示す。この粒径範囲は、本発明を実施するのに使用することができる。全ての場合、クラスターは本質的に図１及び図３に示される通りであった。
【００４０】
（例１５）
１０〜２０μｍの粒径範囲を有するダイヤモンド７０％と、１〜２μｍの粒径範囲を有するダイヤモンド３０％との混合物から造った自己結合済みダイヤモンド粒子の集合体から、４９〜７５μｍの粒径の粒群を篩い分けすることによって、複数の成長中心粒子を造った。コバルト−鉄−黒鉛の粉末混合物中に分散させた多数の成長中心粒子を含有する反応カプセルを、７分間の間、約１３２０^oＣ及び約５．４ＧＰａで処理した。このようにして成長したダイヤモンドクラスターは、外形寸法が約２５０〜３５０μｍであり、主として、約７５〜１５０μｍの双晶を含有し、また、そのダイヤモンドクラスターの表面に約１２個の結晶を有した。
【００４１】
（例１６〜２０）
例１〜１５における溶媒／触媒は、コバルト−鉄の合金であった。例１６〜２０において、図１及び図３に示すものと実質的に同じである複数のクラスターは、例１に従って造ったが、別の溶媒／触媒と、９０〜１０７μｍの粒径範囲の複数の自己結合済み成長中心粒子とを使用した。全ての例において、炭素源は黒鉛であった。
【００４２】

【００４３】

【００４４】
（例２１）
０．５μｍ未満の粒径を有する天然ダイヤモンド１２ｇ；コバルト−鉄の粉末混合物６８ｇ；９０〜１０７μｍの粒径範囲を有する多数の自己結合済み成長中心粒子；及び、基準粒径５μｍの構成粒子；を混合することによって、反応容量(reaction volume)を造った。この反応容量は、約２時間の成長時間の間、約１３２０^oＣ及び約５．４ＧＰａの条件にかけた。回収したダイヤモンドクラスターを検査することによって、表面の結晶は、主として、１００個以上の数の粒径２０〜４０μｍの双晶であることが分かった。それらダイヤモンドクラスターは、約３００〜５００μｍの大きさに及んだ。
【００４５】
（例２２）
炭素源としての、黒鉛とダイヤモンドの混合物と；溶媒／触媒としての、コバルトと鉄の混合粉末と；９０〜１０７μｍの粒径範囲を有する多数の自己結合済み成長中心と；から反応容量を造った。この反応容量は、高圧装置の中に置いて、約４０分間の間、約１４２０^oＣ及び約５．５ＧＰａの条件にさらした。回収したクラスターを検査したら、それらクラスターは外形寸法が７５０〜８５０μｍであり、その表面に約２５０〜３５０μｍの等価直径を持つ１５〜２５個のダイヤモンド結晶を有することが分かった。
【００４６】
（例２３）
反応容量は、実質的に例５に従って造ったが、結晶成長形態を変性するために、リン約１％を溶媒／触媒に添加した。その反応容量は、２時間の間、約１４２０^oＣ及び約５．５ＧＰａで処理した。回収したクラスターを検査したら、立方晶八面体ではなく平板状(tabular; 二面の平面がある)形態であることが分かった。更に、それら結晶は、例５におけるものより一層高度に双晶化していた。これらのクラスターは、実質的に図６に示されるものであった。
【００４７】
（例２４）
金属結合の保持特性(retention)及び磨耗性(wear)に関し、ダイヤモンドクラスターを立方晶八面体の単結晶ダイヤモンドと比較するために実験を行った。コバルトベースの金属マトリックス中に燒結させたタイプの各ダイヤモンドを等量使用して、テストピースを造った。「ノーライト(Norite)、クラス２の花崗岩」から砥石車を造り、標準表面グラインダーに備えた。平面研削盤の上に、複数のテストピースを互いに隣接させて固定して、同時試験を行った。そのグラインダーは、ダウンフィード(downfeed)を１通過当り５μｍに、周辺グラインダー速度を１５ｍ／秒に、また、テーブル回転速度を２．５ｍ／分に設定した。それら供試体は、順方向及び逆方向に、横送りを行わないで、プランジ研削を行った(plunge ground)。両方のテストピースの挙動は、花崗岩の実質的な量が砥石車から除去されてしまうまで、時々評価した（砥石車から除去されたとき、試験は終了した）。立方晶八面体の単結晶のプルアウト(pull-out)は、試験を通して一定速度で徐々に増加し、最終的に３０％に達した。ダイヤモンドクラスターを含有するテストピースは、その機能試験の終りで２％のプルアウトを示した。試験の終りで、標準的磨耗進行分類判定基準(normal wear progression categorisation criteria)を用いて分析した結果、立方晶八面体の単結晶に関しては、３０％がプルアウトされ、４６％が作動状態にあり、また、残部２４％は浮き上がっているか(emerging)又はきめの粗い(rough)状態であった。ダイヤモンドクラスターに関し、その分類は、２％がプルアウトされ、６８％が作動状態にあり、また、３０％は浮き上がっているか又はきめの粗い状態であった。このように、ダイヤモンドクラスターは、単結晶の立方晶八面体ダイヤモンドと比べて、結合の保持特性に関し、更に、機能の本質(entities; 実体)に関し、著しい改善を示した。
【図面の簡単な説明】
【図１】２次電子放出及び陰極線ルミネセンスを組み合わせたものを使用して撮ったダイヤモンドクラスターの切片の約２００倍拡大の写真である。
【図２】本発明のダイヤモンドクラスターの１つの例の断面の略図である。
【図３】ダイヤモンドクラスターの約１６０倍拡大の写真である。
【図４】ダイヤモンドクラスターの切片の約２３倍拡大の写真である。
【図５】２次電子放出及び陰極線ルミネセンスを組み合わせたものを使用して撮ったもう１つのダイヤモンドクラスターの切片の約２００倍拡大の写真である。
【図６】平板状で(tabular)双晶化した形態のダイヤモンドクラスターの約２７０倍拡大の写真である。

Claims

コアと、該コアから外へ向かって伸びた複数のダイヤモンド微結晶を含む表面連晶した領域とを有するダイヤモンドクラスターであって、該コアから該ダイヤモンド微結晶までの距離が長くなるにつれて、該ダイヤモンド微結晶の大部分の断面積が増大している、上記ダイヤモンドクラスター。
コアからダイヤモンド微結晶までの距離が長くなるにつれて、該ダイヤモンド微結晶の少なくとも８０％は、断面積が増大している、請求項１記載のダイヤモンドクラスター。
ダイヤモンド微結晶が包接体を低濃度で含有する、請求項１又は２に記載のダイヤモンドクラスター。
ダイヤモンド微結晶が、包接体を１質量％未満で含有する、請求項３記載のダイヤモンドクラスター。
ダイヤモンド微結晶の外表面が、明瞭な複数の結晶表面である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のダイヤモンドクラスター。
コアが、複数の構成ダイヤモンド粒子の、接合された集合体を包含する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のダイヤモンドクラスター。
５０μｍ〜１ｍｍの範囲の粒径を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のダイヤモンドクラスター。
複数のダイヤモンドクラスターを製造する方法において、炭素源を与える工程；複数の成長中心粒子を与える工程であって、各成長中心粒子が複数の構成粒子の、接合された集合体を包含する該工程；前記炭素源と前記の複数の成長中心粒子とを、溶媒／触媒と接触させることによって、反応塊を造る工程；前記反応塊を、結晶成長に適した高温高圧の条件にさらす工程；及び、前記反応塊から複数のダイヤモンドクラスターを回収する工程；を含む上記方法。
炭素源は、黒鉛、ＨＰＨＴ合成ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、天然ダイヤモンド、及びそれら２つ以上の組み合わせから選定する、請求項８記載の方法。
複数の成長中心粒子の複数の構成粒子がダイヤモンドである、請求項８又は９に記載の方法。
複数の成長中心粒子のためのダイヤモンドは、ＨＰＨＴ合成ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、天然ダイヤモンド、及びそれら２つ以上の組み合わせから選定する、請求項１０記載の方法。
複数の構成粒子が、２００μｍ未満の粒径を有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
複数の構成粒子が、１μｍ未満〜１００μｍの範囲の粒径を有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
複数の成長中心粒子が、１ｍｍ未満の粒径を有する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の方法。
複数の成長中心粒子の結合は、複数の構成粒子の間の自己結合によって行う、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の方法。
複数の成長中心粒子における複数の構成粒子の間の結合は、結合剤を用いて行う、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の方法。
高温は１０００〜２２００^ｏＣの範囲とし、高圧は４〜８ＧＰａの範囲とする、請求項８〜１６のいずれか１項に記載の方法。