JPH01111797A - 気相法ダイヤモンドの合成方法および合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は気相法ダイヤモンド合成方法及び該方法を実施
するための合成装置に関する。

〈従来の技術〉 気相法ダイヤモンドの合成法としては、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ
、ＷＣ等の固定耐熱性基板上にダイヤモンドを析出させ
る方法が一般的である。本発明者らはこの方法の改良に
ついて研究の結果、固定基板の代りに流動基体粒を用い
る方法を開発し、特願昭６２−１０：１２４０、特願昭
６２−１６９８８９として出願した。これによりとくに
装置容量を増大しないで、タイヤモント収得量の増加が
可能となった。

〈発明か解決しようとする問題点〉 前記の流動基体粒を用いる方法においては、基体粒を流
動させるために通常振動皿上に基体粒をのせ、電磁振動
機を用いて振動皿を振動させている。任の場合電磁振動
機を振動させるための最適周波数は基体粒の粒度により
変化するので、常に最適振動を与えるためには、基体粒
の粒度の変化に常に応じつるよう、周波数可変装置を必
要とする等、実用的にはなお解決すべき点かあった。

本発明は基体粒の粒度にはとくに大きな影響を受けるこ
となく、常に一定のダイヤモンド合成収率を維持しつる
基体粒を用いる気相法ダイヤモンド合成方法を開発する
目的で研究の結果完成された。

く問題点を解決するための手段〉 即ち本発明は気相法ダイヤモンド生成反応可能状態に励
起させた空間において、ダイヤモンド析出用耐熱基体粒
を繰返し分散浮遊落下させつゝ、該空間内にダイヤモン
ド析出原料ガスを導入して、該基体粒にダイヤモンドを
析出させることを特徴とする気相法ダイヤモンドの合成
方法および該合成方法を実施するための励起手段、ダイ
ヤモンド析出用耐熱基体粒供給浮遊落下手段および加熱
手段を備えた反応槽、該反応槽に対するダイヤモンド析
出用原料ガス供給手段を含むダイヤモンド合成装置に関
する。　まず本発明のダイヤモンド合成方法について説
明する。

本方法に用いられるダイヤモンド析出材料は従来の気相
法に用いられる材料と全く同様である。

即ち、Ｃ１１１あるいはこれにＮ、Ｏ等を含む有機化合
物と水素、水蒸気、酸素等又はこれらにアルゴン等の不
活性ガスを添加したものである。この水素、水蒸気、酸
素は基体に析出した非ダイヤモンド炭素を除去する作用
を有する。

励起方法はマイクロ波プラズマ、高周波プラズマ、熟フ
ィラメント、直流放電等の公知手段である。本発明の特
徴は前述のようにダイヤモンド結晶生成のための核を分
散浮遊落下させることにある。この核となる物質、即ち
耐熱基体粒としては、Ｗ、　Ｎｏ、　Ｔｈ、等の耐熱金
属、ＳｉＣ，Ｗ（：、１Ｉｆｃ、Ｚｒ（：。

Ｃｒ、Ｃ２、ｖｃ、ｖｃ２、ＭｏＣ，ＷｔＣ，Ｍａｔ（
：、（：ｒ４（：、ＦｅｚＣ：、Ｂ、Ｃ，ＴｉＣ５Ｓｉ
３Ｎｎ、ＡＩＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ　、ダイヤモンド等の
セラミックスか用いられる。そして実用的にとくに好ま
しいのはＷ、ＳｉＧ、ＷＣ：、ＭｏＣ，’＃、Ｃ，Ｔｉ
Ｃ、ダイヤモンドである。

その粒体の大きさはとくに限定されないか、粒体全表面
にダイヤモンドを粒体を包みこんて析出させる場合は、
粒径か０．２〜：１０ｇｍのものか実用的に好ましい。

又基体の一部のみにダイヤモンドを析出させればよい場
合は：１０４ｍより大きな径のものを用いることができ
る。又その上限は実用的に１００００　ｇ　ｍ程度があ
るが、好ましいのは３０７ｈｍ　〜２００　ＩＬｍの範
囲である。

次に本発明の装置の実用的に好適な代表例であり、二重
熱フィラメントか設けられた第１ａ図第ｉｂ図及びＲＦ
プラズマコイルを有する第２図にもとづいて本発明の詳
細な説明する。

第１ａ図は第１ｂ図Ａ−Ａ＆！断面図、第１ｂ図は第１
ａ図Ｂ−Ｂ線断面図である。

１は反応槽、２は主励起フィラメント、３は一次励起フ
ィラメントである。４は反応空間内雰囲気ガスを加熱す
るためのヒータで、透明石英管５の外側にもうけられて
いる。６は基体粒体な搬送し反応槽内において上部より
分散浮遊落下させる回転体で、内壁面にＬ字型の保持箱
７が多数もうけられている。８は回転体６回転用の歯車
であり、９は基体粒捕集用受層である。又１０はダイヤ
モンド合成用原料導入口である。さらに本図面には示し
てないが、真空装置、ガス排気装置、基体粒供給装置、
析出基体粒排出装２１等かこの反応槽にとりつけられる
。

４て示されるヒータ設備は基体粒体の流入付着を防ぐた
め、金属板で基体粒体と接する部分がシールしである。

第１ａ図、第１ｂ図に示される装置において主励起フィ
ラメント、−次励起フィラメントをそれぞれ励起し、ヒ
ーターで加熱して反応槽内を気相法ダイヤモンド生成反
応回部状態とし、基体粒を回転体に供給、かつダイヤモ
ンド合成用原料ガスを反応槽内に供給しつ＼回転体を回
転させると、基体粒は回転体の保持箱内に保持されてト
昇、該保持箱か回転体の頂部付近に達すると、保持箱よ
り、その粒表面にダイヤモンドを析出させつ＼分散落下
し、捕集用受層９内に捕集され、ざらに受層９の底部よ
り排出されて再び保持箱内に投入され、前と同様に回転
体の回転について上昇し、頂上に至り、ダイヤモンド生
成反応可能方面気中を分散浮遊落下する。又上昇中の保
持箱より、基体粒か一部落下することもあるか、これら
はすべて再び保持箱に収容されて上昇する。

基体粒は繰返し気相法ダイヤモンド生成可能雰囲気中に
浮遊落下するので析出ダイヤモンドは成長する。

本発明において、−次励起帯域に於ては原料有機化合物
の活性化は認められるものゝ、実質的にはダイヤモンド
の発生は殆んどないと考えられる。

換言するとこの帯域は本励起帯域に比して緩和な状態に
ある。励起手段が図に示すようにＷフィラメントの場合
はその温度は１６００〜２０００℃のぞましくは１７０
０〜１９００℃に保たれる。

又本励起帯域は、有機化合物の分解、ダイヤモンドの析
出が起る帯域であり、励起手段が図に示すようにＷフィ
ラメントの場合はその温度は１８００〜２３００℃のぞ
ましくは２０００〜２２００°Ｃに保つことが必要であ
る。

なお−次励起手段は本励起手段に比して低いエネルギー
励起でよいが、−次励起帯域と本励起手段帯域とは接続
しているので、本励起帯域に比し、−次励起帯域か緩和
な条件に保持されるのであれば、両励起手段において同
じエネルギー励起を用いてもよい。

次に高周波プラズマと熱フイラメント励起による本発明
装置の断面図である第２図にもとづいて説明する。

この装置は第１図の装置の加熱ヒータ上部を励起ＲＦプ
ラズマコイルとした以外は実質的に同じである。即ち、
　２１は反応槽、２２は主励起フィラメント、２３は一
次励起ＲＦプラズマ用コイル、２４は反応空間の雰囲気
ガスを加熱するためのヒーターで、透明石英管２５の外
側にもうけられている。

Ｚ６、Ｚ７、Ｚ８．２ｇ、３０はそれぞれ第１図と同様
の構造の回転体、回転体内壁にもうけられた保持箱、回
転体回転用の歯車、基体粒表面上、ダイヤモンド合成用
原料導入口である。なお第１図と全く同様に真空装置等
、各種の装置が付設されている（図示せず）。

本反応槽では２２の主励起フィラメントと、２４のヒー
ターは基体粒の進入を防ぐため、ヒーターコイル部がシ
ールされている。

この本発明の装置は第１図の装置とダイヤモンド原料の
供給、基体粒へのダイヤモンドの析出等は全く同様に行
われる。

唯、−次励起は低温プラズマ（例えばＲＦ　１３．５６
ＭＨｚ、１００Ｗ　）て行なわれ、これにより原料有機
化合物か分解励起し、活性種リッチとなった後に、主励
起フィラメントよりの熱電子照射をうけ、これらの領域
を分散浮遊落下中の基体粒表面上にダイヤモンドとして
析出する。

〈発明の効果〉 ダイヤモンド析出用基体粒の粒径に関係なく、安定して
ダイヤモンドの合成が可能であり、しかも反応圧力の広
い範囲に適用が可能である。

く実　施　例〉 次に実施例にもとづいて本発明を説明する。

実施例１ 第１図に示す装置を用いてダイヤモンド結晶を合成した
。

装置の仕様 反応槽：高さ２００■、半径６Ｑａ＋ｍ、内容積的６．
３リツトル。

回転体：直径１５０　ｎ＋ｍφ、巾６０■ｌ。

２４ケの保持箱かもうけられている。

１ケの保持箱の大きさ＝ 巾１０ｍｍ、長さ６０ｍｍ、端部り字型の高さ４　ｍｍ
。

ヒーター＋　１１（ｌａｗφ、高さ９０ｍｍ主励起主励
起フィラメントター中心位置よりｌＯ＋ｎｍ下に水平に
もうけられる。

一次励起フィラメント：ヒーター上端部の高さに水平に
もうけられる。

合成条件 反応槽内圧カニ　７０　Ｔｏｒｒ 合成原料ガス：　（ＣＨ：＋）２ＣＯ：Ｈ２（ＣＨ：１
）２（：０は■２の１．５容量％、１１□１５０　ｃｃ
／分て反応槽に導入。

主励起フィラメント温度　　　２２００℃。

−次励起フィラメント温度　　１９００°Ｃ０ヒーター
温度　　　　　　　　　８００°Ｃ０回転体の回転速度
　　　　　　１２ｒｐｍ。

基体粒：平均粒径２０．１　ｕ、ｍのＳｉＣ２００ｍｇ
以上の条件により７詩間連続運転をした。

在巌茄１ 約３７６ＩＩｇのＳｉＣを含むダイヤモンド結晶体を得
た。

５００倍の光学！ｇ３微鏡下鏡下察して、このものは約
２ｇｍ程のダイヤモンド自形か出現したダイヤモンド多
結晶体で覆われた粒体であることを確認した。なおＸ線
回折の測定によりＳｉＣとダイヤモンドビークのみを確
認した。

実施例２ 第２図に示す反応装置を用いた。なおＲＦプラズマコイ
ルのディメンションは加熱ヒーターに準じている。

立虚土五 反応槽内圧力　１０　Ｔｏｒｒ 合成原料ガス　エタノール：１１２ エタノールはＨ２の１．２容量％ １２１００　ｃｃ／分て反応槽に導入 主励起フィラメント温度　２２００°ＣＲＦプラズマコ
イルを１３．５６ＭＩＩｚ、入力１００ワツトで印加 ヒーター温度　　　　７５０°Ｃ 回転体の回転速度　　８ｒｐｍ 基体粒　平均粒径１５．：ｌ　ｐ、、ｍのＳｉＣ２５０
ｍｇ以上の条件により１５時間連続運転をした。

合成結果 ９４１ｍｇのＳｉＣを含むダイヤモンド多結晶体を得た
。Ｘ線回折による測定でＳｉＣとダイヤモンドピークの
みを確認した。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明の合成装置の一例であって、第ｔｂ図
のＡ−Ａ線断面図、第１ｂ図は第１ａ図のＢ−Ｂ線断面
図、第２図は本発明の合成装置の他の一例の断面図、図
において、ｌ、２１は反応槽、２．２２は主励起フィラ
メント、３は一次励起フィラメント、２３は一次励起Ｒ
Ｆプラズマ用コイル、４．２４はヒーター、５．２５は
石英管、６．２６は回転体、７．２７は保持箱、９．２
９は基体粒捕集用受層、ｌ０１３０はダイヤモンド合成
用・原料口を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相法ダイヤモンド生成反応可能状態に励起させ
   た空間において、ダイヤモンド析出用耐熱基体粒を繰返
   し分散浮遊落下させつゝ、該空間内にダイヤモンド析出
   原料ガスを導入して、該基体粒にダイヤモンドを析出さ
   せることを特徴とする気相法ダイヤモンドの合成方法。
2. （２）励起手段、ダイヤモンド析出用耐熱基体粒供給浮
   遊落下手段および加熱手段を備えた反応槽、 該反応槽に対するダイヤモンド析出用原料ガス供給手段
   を含むダイヤモンド合成装置。
3. （３）励起手段はマイクロ波プラズマ、高周波プラズマ
   、熱フィラメントおよび直流放電である特許請求の範囲
   第２項のダイヤモンド合成装置。