JPH01138109A - ダイヤモンドの合成における炭素源 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は気相合成によるダイヤモンドを合成するための
ダイヤモンドの炭素源に関する。

し従来の技術］ 従来人工ダイヤモンドは高温高圧法により合成され、炭
素源として一般的には黒鉛を使用している。これに代わ
り気相からのダイヤモンドの合成が試みられている。こ
の場合炭素源としては、主に炭素と水素の化合物すなわ
ち炭化水素を対象にして研究および開発がなされている
。

［発明が解決しようとする問題点］ 気相からのダイヤモンド合成において炭化水素を炭素源
とする研究がなされており、主として炭化水素を炭素源
としていたが、ダイヤモンドの成長速度が遅いという欠
点があった。また有機化合物すなわちアルコール類、ア
セ］〜ン類を炭素源とした場合、炭化水素より高速成長
が可能である。また水および酸素等のダイヤモンド合成
におよぼす影響が研究されており、気相からのダイヤモ
ンド合成において結晶成長および結晶性等に良好な影響
がある。しかしながら空気中においては炭素と水素の化
合物、例えばメタンおよびエタン等の炭化水素は希薄で
あり、合成も容易でない。

本発明の目的は、空気中に多聞に存在する炭素と酸素の
化合物を炭素源として、ダイヤモンドを多聞に高速に合
成することにある。

［問題点を解決するための手段コ 本発明者等は、気相からのダイヤモンドの合成反応につ
いて、研究した結果、メチル基に基因した種および水素
分子、水素原子が核形成および成長に対して重要な働き
をすることを見出した。またある程度の水および酸素は
、ダイヤモンドの高速合成において重要な働きをし、水
および酸素の含有はダイヤモンド成長を促進することを
見出した。したがってプラズマ等を使用したダイヤモン
ド合成装置内において、メチルラジカル、水素分子、水
素原子および水もしくは酸素が、同時に存在する空間を
作り出すことが必要である。炭素源として一酸化炭素（
ＣＯ）を使用してプラズマの化学反応について研究した
結果、以下の化学反応が進行することを見出した。

ＣＯ＋　Ｈ２−＋　　ＣＨ４，Ｈ２Ｏ，Ｃ，ＸＨ■、０
２ｅｔｃ。

すなわち−酸化炭素と水素の混合ガスのプラズマを発生
させると、メタン、水、酸素の生成が同時に可能となる
のである。炭素源と水素の反応で生成する種は、全てダ
イヤモンド合成および生成において、核形成および成長
に良好な結果をもたらす。

本発明の要旨は気相からのダイヤモンドの合成において
、炭素源として炭素と酸素の化合物を使用することであ
り、特に−酸化炭素、二酸化炭素が好ましい。

［実施例１］ 本発明に使用したマイクロ波放電装置の概略図を第１図
に示す。基板１は放電管２内部の導波管中心部ｍおよび
電気炉加熱部分ｎに設置した。炭素源として一酸化炭素
を、希釈ガスとして水素ガスを使用した。−酸化炭素（
５ｖｏｌχ）−水素混合ガスを放電管に供給し、圧力２
０ＴＯｒｒ。

放電出力３０叶において放電を発生させた。基板表面を
走査型電子顕微鏡により観察した結果、粒子状の生成物
が認められた。Ｘ線回折、ラマン分光およびＥＳＣＡ測
定の結果、生成粒子はダイヤモンドであった。

［実施例２］ 本発明に使用したプラズマジェット装置の概略図を第２
図に示す。基板１は水冷された基板ホルダー３に設置し
た。炭素源として一酸化炭素を、希釈ガスとして水素ガ
スを、放電安定用にアルゴンガスを使用した。−酸化炭
素（５ｖｏ１％）−水素（５５ｖｏｌχ）−アルゴン混
合ガスを使用してプラズマジェットを発生させた。基板
表面を走査型電子顕微鏡により観察した結果、粒子状の
生成物が認められた。Ｘ線回折、ラマン分光およびＥＳ
ＣＡ測定の結果、生成粒子はダイヤモンドであった。

［実施例３］ 実施例２に使用したプラズマジェット装置において、基
板を水冷された基板ホルダーに設置した。炭素源として
二酸化炭素を、希釈ガスとして水素ガスを、放電安定用
にアルゴンガスを使用した。二酸化炭素（５ＶＯ１％）
−水素（５５ｖｏ１％）−アルゴン混合ガスを使用して
プラズマジェットを発生させた。基板表面を走査型電子
顕微鏡により観察した結果、粒子状の生成物が認められ
た。Ｘ線回折、ラマン分光およびＥＳＣＡ測定の結果、
生成粒子はダイヤモンドであった。

［実施例４］ 本発明に使用したホロー熱陰極放電装置の概略図を第３
図に示す。基板１は水冷されたハース４上およびプラズ
マ中の基板ホルダー５に設置した。炭素源として一酸化
炭素を、希釈ガスとして水素ガスを使用した。−酸化炭
素（５ｖｏ１％）−水素混合ガスを使用しプラズマを発
生させた。両部板表面を走査型電子顕微鏡により観察し
た結果、粒子状の生成物が認められた。Ｘ線回折、ラマ
ン分光およびＥＳＣＡ測定の結果、生成粒子はダイヤモ
ンドであった。

し発明の効果コ 本発明により、有機化合物のみならず、無機化合物を炭
素源としてダイヤモンド合成および生成を可能としただ
けではなく、炭素源を炭化水素あるいは有機化合物とし
ていた従来の場合、水および酸素の添加を必要としてい
たが、プラズマの発生において化学反応種として生成す
るため、わざわざ添加する必要がなく工程的にも簡略化
される。

従来の有機化合物を炭素源として、気相からダイヤモン
ドを合成する方法においては、・炭素源と水素希釈ガス
の容量比により、生成するダイヤモンドの成長速度、結
晶性が変化するが、本発明においては炭素源と希釈ガス
との比により、生成するダイヤモンドの成長速度、結晶
性がシビアに変化することがないため、合成プロセスに
おいての生成条件をそれほど厳密にする必要がなく、気
相合成が容易に可能となった。

また合成ダイヤモンドにおいても、成長速度を速くする
ことを可能とした。種々のダイヤモンドコーティングに
適用した場合、広範囲な条件下でのコーティングを可能
とした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用したマイクロ波放電装置の概略図
。 第２図は本発明に使用したプラズマジェット装置の概略
図。 第３図は本発明に使用したホロー熱陰極放電装置の概略
図。 特許出願人　並木精密宝石株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　気相からのダイヤモンドの合成において、炭素源を炭
   素と酸素との化合物を使用することを特徴としたダイヤ
   モンド合成における炭素源。