JPH01188497A - 気相法ダイヤモンドの合成法 - 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 本発明は気相法によるダイヤモンド（ダイヤモンドライ
ク炭素（以下ＤＬＣという）をも意味する）の合成法に
関し、さらに詳しくはダイヤモンド、ＳｉＣ等の粒状物
の表面に気相法によりダイヤモンドを析出させることか
らなるダイヤモンドの合成法に関する。

従来の技術 気相法によるダイヤモンド合成はメタン、エタン、メチ
ルアルコール、アセトン等の有機化合物を用い、グラズ
マによりダイヤモンド生成反応を起こさせ、Ｓｔ　、　
Ｍｏ等の基板に膜状或いは粒状のダイヤモンドを析出さ
せることにより行なわれるのが通常である。この場合基
板の上にダイヤモンド、ＳｉＣ等の微粒子を撒布してお
き、この粒子表面にダイヤモンドを析出させる方法もあ
る。

また粒状ダイヤモンドを得る場合、反応空間をダイヤモ
ンドの析出領域として利用するため、ダイヤモンド、金
属、無機化合物の粉末をダイヤモンドの析出領域に浮遊
させ、この粉末にダイヤモンドを析出させる方法が提案
されている（特公昭６２−５７５６８．特願昭６２−１
０３２４０）。

発明が解決しようとする課題 基板を用いる方法は条件コントロール及び再現性は高い
が、バッチ方式であり、生産性は低い。

一方浮遊法は粒子をダイヤモンド生成領域内に限定して
安定に浮遊状態を維持する事は困難であ）、条件制御性
が低かった。

気相法ダイヤモンド合成法には励起手段として熱フイラ
メント法、マイクロ波プラズマ法、高周波プラズマ法、
直流アーク放電法等がある。いづれの方法もダイヤモン
ド生成領域は限定された空間部位に限られる。ダイヤモ
ンド生成反応は原料である有機化合物の分解、励起とラ
ジカル種、イオン種の寿命等が複雑に関与した反応機構
で、これは未だ解明されておらず、これらの反応を起す
領域を広くすることは容易でない。

生成条件によりダイヤモンド相、ＤＬＣ相、グラファイ
ト相、アモルファスカーがン相等が得られ、これらの競
合析出であるが、グラファイト相、アモルファス相は反
応領域に存在する原子状水素により選択エツチングされ
、ダイヤモンド相、　ＤＬＣ相がリッチになるとされて
いる。

ダイヤモンド又はＤＬＣ生成領域はプラズマ励起法では
プラズマ周辺部、熱フィラメントではフィラメントから
数謹程度離れた空間に限定される。

プラズマの内部或いは前記よりさらにフィラメントに近
いところでは励起エネルギー密度或いは温度が高過ぎ析
出相はグラファイト化する。一方ダイヤモンド生成領域
よシも遠いところではＤＬＣ相、さらに遠くなればアモ
ルファスカーボン相となる。

このようにダイヤモンドの生成領域は狭いので、前記し
た浮遊法の場合、多量の粒子を常にダイヤモンド生成領
域に置くことはむづかしい。ダイヤモンドが析出したあ
と粒子が高温部に浮遊して黒鉛化するものも出てくる。

本発明は粒状物の表面にできるだけ均一にしかも効率よ
くかつ安定してダイヤモンドを析出させることを目的と
する。

課題を解決するための手段 本発明者はグラファイト相やアモルファスカーボン相の
析出を避けかつ上記目的を達成すべく種種研究した結果
、粒状物をダイヤモンド生成領域で流動させることによ
って生成領域が基板法に較べて広がシ、効率よくダイヤ
モンド合成が可能であることを見出し本発明に到達した
。

即ち、本発明は気相法のダイヤモンド合成において、皿
状容器の中に粒状物を入れ、この粒状物を流動させ、粒
状物の少なくとも表面層はダイヤモンド生成領域に存在
させるようにして、粒状物の表面にダイヤモンドを析出
させる方法である。

以下、本発明の実施に用いられる装置の１例を図面に示
し、これを参考にして具体的に本発明を説明する。

図１は熱フイラメント法による場合で、１がＭＯ製の皿
状容器、２はこの容器を振動させるための軸棒、３はタ
ングステンフィラメント、４はＳｉＣの粒状物である。

容器はＭｏの外、Ｗ、　ＳＵＳなどの材質でもよい。形
状は円、長方形、正方形などで特に限定はない。深さは
５〜３０電程度でよい。

図２は皿の中に仕切シ板５を設けたものである。

仕切シ板は粒状物の層表面よシ幾分低くしである。

この仕切シ板により粒状物の流れは区切られた室内で移
動するものと仕切シ板を越えて移動するものとに分断さ
れる。その結果粒状物の表面層の高さは全体として均一
になり、かつ粒状物の上下間への移動が頻繁に行なわれ
る。

粒状物４はダイヤモンド、ＳｉＣ，Ｗ、罰、ＭＯなどの
粒末あるいは粒体でその太さきは１〜１０００μｍが適
当である。容器に入れる粒状物の量は効率を高めるため
二つ以上の粒子が重なるようにするのがよく、また反面
あまり層が厚いと流動させた際表面に出ない粒子が存在
するようになるので、それは避けた方がよい。前記した
粒子の大きさの場合では５＋ｍ程度までの厚さにするの
が望ましい。

粒状物を入れた容器が置かれる位置は粒状物の少なくと
も表面層がダイヤモンド生成領域内にあるようにする。

粒状物は流動させると膨張したような状態となり静止状
態のときより層の厚さが大きくなるが、この状態で表面
層がダイヤモンド生成領域内にあればよい。層の厚さに
より、粒状物全体がダイヤモンド生成領域内のときもあ
れば表面層のみがこの領域に入っている場合もある。図
で示すフィラメントの場合、流動中における粒状物表面
とフィラメントの下端部の距離は２〜７ｍが適当である
。励起法がマイクロ波、高周波等の場合にも、ダイヤモ
ンド生成領域はその出力等により予じめわかるので、そ
の領域に少なくとも粒状物の表面層がくるようにされる
。ダイヤモンドが析出する粒状物の温度は６００〜１０
００℃程度である。

粒状物を流動させるには一つの方法として容器を軸棒２
に連結した振動装置（図示せず）にょシ振動させる。流
動は上下、左右方向等に粒状物が移動し、攪拌されて平
均して各粒状物が表面に出るようにするために行なうも
のである。流動によって粒状物は不規則な回転も伴なう
。振動は上下方向でよいがこれにわずかの横方向の振動
を加えてもよい。振巾や振動数は粒状物の層の厚さ、粒
状物の大きさ等により異なるが、流動性がよくかつ粒状
物がフィラメントの方に飛び上らないように定められる
。例えば前記した粒状物の大きさ＃−９Ｖμ・、層の厚
さ５−以下の場合では振巾０．１〜２　ｍ、振動数２０
０　Ｈｚ　〜３　ｋＨｚの範囲が適当であシ、望ましく
は７００Ｈｚ〜１．２　ｋＨｚである。

本発明においてダイヤモンド合成の他の条件は公知のも
のと特に変シはない。原料ガスとしてはメタン、エタン
、ベンゼン等の炭化水素、メタノール、エタノール、ア
セトン、酢酸等の含酸素化合物その他Ｃ，Ｈ以外にＮ、
Ｃ１等を含む化合物も使用できる。そしてこれらにＨ２
、Ａｒ等のキャリアガスを混合して使用されるのが普通
である。

励起は熱フィラメント、マイクロ波、高周波、直流アー
ク放電、電子線照射などにょシ行なわれる。

本発明は粒状物を流動させるのが特徴であシ、これによ
って粒状物の層がふくらみ、粒間に空間ができるので、
ある程度粒状物の層の内部まで反応ガスが入シ込むので
内部の粒状物にもダイヤモンドを析出させることができ
る。そして粒状物は浮遊法のように過度にフィラメント
に近づくことがないので、グラファイトの生成は少ない
。

実施例１ 容積的２．５１の反応槽（直径２０儒、高さ１５ｃＷ１
）内に図１゛に示すようなタングステンフィラメント及
びモリブデン製の皿をセットし、皿の底面とフィラメン
ト（ラセンの下端）との間を７１１ＩＩＩとした。皿の
中に大きさ約１００μｍのＳｉＣを２０Ｏｒｍｓ？入れ
た。静止状態でのＳｉＣ層の高さは約２８である。従っ
てＳｉＣ層表面とフィラメント間の距離は約５間である
。皿には８００Ｈｚの振動を与えてＳｉ０粒を流動させ
た。振巾は約１ｍｍで、ＳｉＣ層の厚さは約４ｍとなっ
た。

ダイヤモンド合成はエチルアルコール１．２容量チ含有
する水素ガスを用い、その流量を８０ＣＣＺ分とし、熱
フィラメントの温度を２２００℃、反応槽内の圧力は１
００Ｔｏｒｒの条件で行なった。この条件で４時間保っ
た。その結果ＳＦＭ観察により３〜５μｍのややダイヤ
モンド自形の出た粒子がＳｉＣ表面を覆っておシ、その
量はＳｉＣ１００重量部に対し、４０重量部程度であっ
た。この析出粒子のラマンスペクトルは１３３４ｍ−’
のかなり鋭いダイヤモンドピークと非常に低いブロード
な１５００〜１５５０ｃｎｔ　にかけてのピークのみを
検出した。

実施例２ 実施例１の反応槽を用い、但しフィラメントに代り反応
槽の外側にマイクロ波プラズマ装置を取付け、さらに反
応槽の外側に皿の温度を上げるだめのヒーターを設けた
装置を使用してダイヤモンド合成を行なった。マイクロ
波周波数４．５２ＧＨｚ。

５００Ｗの出力を導波管を通して印加し、反応管部にプ
ラズマを形成した。Ｓｉ０粒の流動時表面がプラズマ下
面に接する様に設定を行った。反応ガスはＣＨ４１容量
チのＨ２で流量はＨ２１００ｃｃ／ｍ　ｉｎ　＋反応圧
カフ　０　Ｔｏｒｒとし、又皿の温度は約７００℃とし
た。

５時間の反応後ＳｉＣ粒表面を光学顕微鏡及びＳＥＭに
より観察した所０．１〜０．５μｍの粒子が多数析出し
ていた。ラマン分光の測定から１３３４ｍ−１のダイヤ
モンド合成りと１５００ｃｍ−’付近に非常にブロード
なりＬＣによると考えられる低いピークを認めた。

発明の効果 本発明によりダイヤモンド相を基体表面上に効率良く析
出させる事が出来る様になシ、ダイヤモンド複合砥粒、
ダイヤモンド複合耐摩耗性粒が連続して合成可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明に用いられる装置の１例の１部所面図、図
２は図１の装置を１部変形した場合の断面図である。 ｌ・・・皿状容器、３・・・フィラメント、４・・・粒
状物、５・・・仕切シ板。 出　願　人　昭和電工株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）気相法によりダイヤモンドを合成する方法におい
   て、皿状容器の中に粒状物を入れ、該粒状物をダイャモ
   ンド生成領域中で流動させ、粒状物の表面にダイヤモン
   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
   合成法。
2. （２）皿状容器に振動を与えることにより粒状物を流動
   させることを特徴とする請求項１記載の気相法ダイヤモ
   ンドの合成法。
3. （３）粒状物がダイヤモンド、ＳｉＣ、ＷＣ、Ｍｏであ
   る請求項１又は２記載のダイヤモンドの合成法。