JPH01264998A - 燃焼炎によるダイヤモンド状炭素の合成法 - 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 本発明は燃焼炎によるダイヤモンド状炭素の合成法に関
する。ダイヤモンド状炭素は平滑な面とする切削材、耐
摩耗材料として有用なものである。

従来技術 本発明者らはさきに従来の高周波熱プラズマ法、直流ア
ーク法によるダイヤモンド合成法におけるような高価な
装置を使用することなく、安価な炭化水素、水素等の燃
焼炎利用によるダイヤモンドの合成法を開発した。即ち
、炭素水素、水素の単独または混合ガスと酸素ガスまた
は空気の６００℃以上の燃焼炎中で、有機化合物または
炭素材を分解・蒸発・解離させて炭素を励起し、これに
炭素に対し５０倍以上の水素を混合した気体を６００〜
１２００℃に保持した基板に当てるかあるいはその気相
中でダイヤモンドを析出させた。（特願昭６３−発明の
目的 本発明の目的は、炭化水素、水素等の燃焼炎を利用する
方法で、ダイヤモンド状炭素を合成する方法を提供しよ
うとするものである。

発明の構成 本発明者らは、前記の炭化水素、水素の燃焼炎利用によ
るダイヤモンド合成法について研究を重ねた結果、励起
された炭素中に通ずる水素量によってダイヤモンド状炭
素を主とするものとなし得、その量は炭素に対し１〜４
０倍量が適当であること。

また、基板温度または雰囲気気体温度は６００〜１７０
０℃の広範囲で合成し得られることを究明し得た。この
新知見に基づいて本発明を完成するに到った。

本発明において言うダイヤモンド状炭素は、炭酸素ガス
または空気の６００℃以上の燃焼炎中で、有機化合物ま
たは炭素材を分解・蒸発・解離させて炭素を励起し、こ
れに炭素に対し１〜４５倍容量の水素を混合した気体を
６００〜１７００℃に保持した基板に当てるかあるいは
その気相中でダイヤモンド状炭素を析出させることを特
徴とするダイヤモンド状炭素の合成法 にある。

本発明の方法における高温燃焼炎中で有機化合物または
炭素材を分解・蒸発・解離させる方法としては、高温燃
焼炎を発生させ、その中に有機化合物または炭素材を導
入してもよく、あるいは燃焼原料と同時に有機化合物ま
たは炭素材を導入してもよい。

本発明の高温燃焼炎を発生させるガスとしては、炭化水
素もしくは水素またはその混合ガスと酸素または空気が
用いられる。その燃焼炎温度は使用するガスの種類・濃
度とシースガス、冷却用ガス、例えば水素、不活性ガス
の単独またはこれらの混合ガスを導入することによって
調整し得られる。

燃焼炎の温度は６００℃以上であることが必要で、この
温度より低いと単原子の炭素が生成し得なく、ダイヤモ
ンド状炭素を合成し得ない。

有機化合物としては、燃焼中で分解し、炭素を含むイオ
ン種、ラジカル種を生成し得るものであれば、気体、液
体、固体のいずれの形態でもよい。

例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン
、ベンゼン等の炭化水素、メタノール、エタノール、プ
ロパツール等のアルコール類、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン等の高分子物質、油脂、ピリジン、チオフェンの
ような分子中あるいは添加物中に窒素、ホウ素、硫黄等
を含むものであってもよい。

炭素材としては、例えば電極用黒鉛が挙げられる。

励起された炭素雰囲気中に、水素を炭素に対し、１〜４
５倍容量導入混合する。この水素は炭素の単原子を安定
化し、ｓｐ’の励起状態を保持する。この水素量が炭素
に対し１倍容量より少ないとグラファイトとなり、４５
倍容量を超えるとダイヤモンドを主としたものとなるの
で、ダイヤモンド状炭素を得るには１〜４５倍容量の範
囲であることが適当である。

基板の保持温度、雰囲気気体温度は、６００〜１７００
℃に保持する。６００’Ｃ未満ではグラファイトとなり
、１７００”Ｃを超えるとガス状となり、ダイヤモンド
状炭素はできない。

本発明の方法を図面に基づいて説明すると、第１図は本
発明の方法を実施する一実施概要図である。図中１は同
心円状三重管、２は反応容器、３は基板、４は冷却ガス
導入口、５は点火用プラグ、６はシースガス吹出しリン
グ、７は排ガス処理装置、８は真空ポンプを示す。

同心円状三重管１　（石英製）の容管より、燃焼用原料
ガスまたはこれと同時または後に有機化合物または炭素
材を、反応容器２に導入し、点火用プラグ５により点火
して高温燃焼炎を発生させ、また有機化合物または炭素
材を、分解・蒸発・解離させる。これに炭素に対し１〜
４５倍容量の水素をシースガス吹出しリング６から導入
する。ダイヤモンド状炭素膜合成の際には、基体３を反
応容器２の内部に設置し、冷却用のガスを冷却ガス導入
口４から導入して基板３の温度を６００〜１７００℃に
調整し、基板３に当て基板３上にダイヤモンド状炭素膜
を析出させる。ダイヤモンド状炭素粉末の合成の際には
、基板３を取外し、気相中でダイヤモンド状炭素を析出
させる。

発明の効果 本発明の方法によると、有機化合物または炭素材を分解
・蒸発・解離させて炭素を励起したものを作るのに、炭
化水素、水素の単独または混合ガスと酸素の燃焼炎を使
用するため、従来の高価な装置を使用する必要がない。

またダイヤモンド状炭素生成速度は０．１〜数十μｍ／
ｍｉｎと速い効果を存する。

実施例１゜ 第１図に示した装置を用い、石英製三重管の中心部より
酸素２０　Ｑ　／ｗｉｎ、中間部よりプロパンガス１０
１！、　／ｍｉｎ、外側の管よりメタン１８２７削ｉｎ
を流して点火し約３０００℃の燃焼炎を発生させた。さ
らにシースガス（吹き出し口６）として水素５０　Ｅ　
／ｗｉｎを流した。水冷のホルダー上に直径２０閣のモ
リブデン基板を置き光温度計により基板表面が１１００
℃の温度になる位置に１０分間置いて反応を行わせた。

反応後、室温に下がったモリブデン基板を取り出して調
べてみると約１０μ剤の黒灰色がかったダイヤモンド状
炭素膜が生成していることがわかった。

Ｘ線回折及びラマン散乱スペクトルによりダイヤモンド
状炭素であることが確認された。

実施例２゜ 中心部より酸素１０　Ｎ　／ｓｉｎ、中間部よりメタン
１０１　／ｗｉｎ、外管より水素８ｊ’／ｌｌ１ｉｎを
流して点火し１５００℃以上の燃焼炎を発生させた。さ
らにシースガスとして水素５ｐ／ｍｉｎを流した。水冷
のホルダー上に直径２０ｍｍのモリブデン基板を置き、
光温度計により基板表面が１０００’Ｃの温度になる位
置に１０分間置いて反応を行わせた。反応後、室温に下
がった基板を取り出して調べてみると３５μｍのダイヤ
モンド状炭素膜が得られていることが確認された。

実施例３゜ 中心部より酸素１０１　／ｍｉｎ、中間の管よりメタン
５ｊ！／ｗｉｎ、外管より水素１０　Ｅ　／ｍｉｎを流
して点火し１５００’Ｃ以上の燃焼炎を発生させた。予
め基板を置いた際１２００℃となる空間を見いだしてお
き基体を置かず、その内壁面より円周状に冷却用ガスと
して水素１０１　／ｌ１ｉｎを吹き込んだ。１時間の反
応の後、反応容器壁面および低部に堆積した黒灰色がか
った粉末０．１ｇを回収して調べてみたところ、０．１
μｌ程度のダイヤモンド状炭素であることが確認された
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法を実施する装置の一態様図である。 １：同心円状三重管、　　２：反応容器、３：基板、　
　　　　　　　４；冷却ガス導入口、５：点火用プラグ
、 ６：シースガス吹き出しリング、 ７；排ガス処理装置、　　　８：真空ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭化水素、水素の単独または混合ガスと酸素ガスまたは
   空気の６００℃以上の燃焼炎中で、有機化合物または炭
   素材を分解・蒸発・解離させて炭素を励起し、これに炭
   素に対し１〜４５倍容量の水素を混合した気体を６００
   〜１７００℃に保持した基板に当てるかあるいはその気
   相中でダイヤモンド状炭素を析出させることを特徴とす
   るダイヤモンド状炭素の合成法。