JPH04265298A - 合成ダイヤモンド構造体の製造方法及び装置 - Google Patents
合成ダイヤモンド構造体の製造方法及び装置Info
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- JPH04265298A JPH04265298A JP3299211A JP29921191A JPH04265298A JP H04265298 A JPH04265298 A JP H04265298A JP 3299211 A JP3299211 A JP 3299211A JP 29921191 A JP29921191 A JP 29921191A JP H04265298 A JPH04265298 A JP H04265298A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
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- C23C16/276—Diamond only using plasma jets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/01—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes on temporary substrates, e.g. substrates subsequently removed by etching
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の背景】本発明は、合成ダイヤモンド構造体、詳
しく言えば非平面型の合成ダイヤモンド構造体に関し、
もっと詳しく言うと、湾曲した窓や自立するドームとい
ったような非平面状のダイヤモンド構造体を製造するた
めの装置及び方法に関する。
しく言えば非平面型の合成ダイヤモンド構造体に関し、
もっと詳しく言うと、湾曲した窓や自立するドームとい
ったような非平面状のダイヤモンド構造体を製造するた
めの装置及び方法に関する。
【０００２】ダイヤモンドは、それを窓材料、自立ドー
ム、あるいは種々の用途のための他の非平面構造体とし
て用いるのに魅力的なものにする数多くの性質を有する
。湾曲した窓やドームは、精密なセンサー及び／又は伝
送器を外部環境から隔離するためにしばしば使用される
。これらの性質のうちには、極度の硬さと一定の放射線
の優れた透過率がある。ダイヤモンドはまた、実質的に
不活性であり、良好な熱導体であり、熱的に安定であり
、そして電気絶縁体である。とは言うものの、天然のダ
イヤモンドは、任意のかなりな大きさを必要とする用途
にとっては手が出ないほどに高価であり、また一定の形
状に成形することが困難である。
ム、あるいは種々の用途のための他の非平面構造体とし
て用いるのに魅力的なものにする数多くの性質を有する
。湾曲した窓やドームは、精密なセンサー及び／又は伝
送器を外部環境から隔離するためにしばしば使用される
。これらの性質のうちには、極度の硬さと一定の放射線
の優れた透過率がある。ダイヤモンドはまた、実質的に
不活性であり、良好な熱導体であり、熱的に安定であり
、そして電気絶縁体である。とは言うものの、天然のダ
イヤモンドは、任意のかなりな大きさを必要とする用途
にとっては手が出ないほどに高価であり、また一定の形
状に成形することが困難である。
【０００３】近年、種々の形状の表面上に合成ダイヤモ
ンドを付着させて工具表面や装置上にダイヤモンド皮膜
又はコーティングを得るために多数の技術が開発されて
いる。これらの技術には、いわゆる高圧高温法や化学気
相成長（ＣＶＤ）法が含まれる。ＣＶＤ法には、例えば
炭化水素と水素のプラズマをマイクロ波のエネルギー又
はアークの作用を利用して得るプラズマ成長技術が含ま
れる。結果として得られたプラズマは、集束且つ加速用
の磁石を使って基材に向けて集束され且つ加速される。 合成ダイヤモンドの成長に適合させることのできる一般
型のマイクロ波プラズマ成長装置の例は、米国特許第４
５０７５８８号、第４５８５６６８号、第４６３０５６
６号及び第４６９１６６２号各明細書に開示される。合
成ダイヤモンドの成長に適合させることのできる一般型
のプラズマジェット成長装置の例は、米国特許第４４７
１００３号及び第４４８７１６２号各明細書に開示され
る。
ンドを付着させて工具表面や装置上にダイヤモンド皮膜
又はコーティングを得るために多数の技術が開発されて
いる。これらの技術には、いわゆる高圧高温法や化学気
相成長（ＣＶＤ）法が含まれる。ＣＶＤ法には、例えば
炭化水素と水素のプラズマをマイクロ波のエネルギー又
はアークの作用を利用して得るプラズマ成長技術が含ま
れる。結果として得られたプラズマは、集束且つ加速用
の磁石を使って基材に向けて集束され且つ加速される。 合成ダイヤモンドの成長に適合させることのできる一般
型のマイクロ波プラズマ成長装置の例は、米国特許第４
５０７５８８号、第４５８５６６８号、第４６３０５６
６号及び第４６９１６６２号各明細書に開示される。合
成ダイヤモンドの成長に適合させることのできる一般型
のプラズマジェット成長装置の例は、米国特許第４４７
１００３号及び第４４８７１６２号各明細書に開示され
る。
【０００４】合成ダイヤモンドは種々の目的のための工
具や装置の表面へ連続的に成長させられているとは言う
ものの、ダイヤモンドの上述の性質が有益である種類の
用途のために窓、ドーム及び他の精密に成形された輪郭
の構造体として使用するための非平面の自立するダイヤ
モンド構造体を製造する工業的に実行可能な技術は、発
明者らの知る限りでは、たとえあるとしてもわずかばか
りである。均一な厚さと品質の合成ダイヤモンドを得る
ことが難しいのに加えて、最終的に自立するダイヤモン
ド構造体を製造することは多数の組立ての問題を提起す
る。そのような構造体を製造するための実用的な方法及
び装置を提供することが、本発明の目的の一つである。
具や装置の表面へ連続的に成長させられているとは言う
ものの、ダイヤモンドの上述の性質が有益である種類の
用途のために窓、ドーム及び他の精密に成形された輪郭
の構造体として使用するための非平面の自立するダイヤ
モンド構造体を製造する工業的に実行可能な技術は、発
明者らの知る限りでは、たとえあるとしてもわずかばか
りである。均一な厚さと品質の合成ダイヤモンドを得る
ことが難しいのに加えて、最終的に自立するダイヤモン
ド構造体を製造することは多数の組立ての問題を提起す
る。そのような構造体を製造するための実用的な方法及
び装置を提供することが、本発明の目的の一つである。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、特に、管理された厚さを有す
る非平面の自立する合成ダイヤモンド構造体を製造する
ために使用することのできる装置及び方法を目標とする
。本発明によって処理される問題のうちに、合成ダイヤ
モンドの付着を予め定められた形状に従わせることの困
難なこと、良好な構造的一体性を有する合成ダイヤモン
ドの管理されたそして均一な付着を達成することの困難
なこと、そして最終的に製造された合成ダイヤモンド構
造体を適切な時間に且つ構造体の一体性を損なうことな
しに管理して離型することの困難なことがある。
る非平面の自立する合成ダイヤモンド構造体を製造する
ために使用することのできる装置及び方法を目標とする
。本発明によって処理される問題のうちに、合成ダイヤ
モンドの付着を予め定められた形状に従わせることの困
難なこと、良好な構造的一体性を有する合成ダイヤモン
ドの管理されたそして均一な付着を達成することの困難
なこと、そして最終的に製造された合成ダイヤモンド構
造体を適切な時間に且つ構造体の一体性を損なうことな
しに管理して離型することの困難なことがある。
【０００６】本発明の一つの態様によれば、予め定めら
れた形状の非平面の合成ダイヤモンド構造体を製造する
ための方法が開示される。予め定められた形状の非平面
のマンドレル面を用意し、そしてこのマンドレル面を剥
離物質でコーティングする。合成ダイヤモンドをこのコ
ーティングあるいは剥離物質へ付着させる。次いでこの
剥離物質を活性化させて、付着した合成ダイヤモンド構
造体の剥離を果す。本発明の方法の開示された態様にお
いては、膨張率がダイヤモンドのそれに近いドーム形を
した中空のマンドレルに金属含有物質をコーティングし
、そしてこのコーティング上にプラズマジェット成長法
を使って合成ダイヤモンドを堆積させる。次いで金属含
有物質を加熱して、結果として得られたダイヤモンド構
造体をマンドレルから剥離する。本発明の開示された方
法のこの好ましい形態においては、金属含有物質は金属
合金であって、これは合成ダイヤモンドをその上に成長
させる前に十分磨かれる。合成ダイヤモンドを成長させ
る工程には、性質の異なるダイヤモンドの複数層を得る
ためダイヤモンドの成長を行う間に成長条件を変えるこ
とを含めてもよい。
れた形状の非平面の合成ダイヤモンド構造体を製造する
ための方法が開示される。予め定められた形状の非平面
のマンドレル面を用意し、そしてこのマンドレル面を剥
離物質でコーティングする。合成ダイヤモンドをこのコ
ーティングあるいは剥離物質へ付着させる。次いでこの
剥離物質を活性化させて、付着した合成ダイヤモンド構
造体の剥離を果す。本発明の方法の開示された態様にお
いては、膨張率がダイヤモンドのそれに近いドーム形を
した中空のマンドレルに金属含有物質をコーティングし
、そしてこのコーティング上にプラズマジェット成長法
を使って合成ダイヤモンドを堆積させる。次いで金属含
有物質を加熱して、結果として得られたダイヤモンド構
造体をマンドレルから剥離する。本発明の開示された方
法のこの好ましい形態においては、金属含有物質は金属
合金であって、これは合成ダイヤモンドをその上に成長
させる前に十分磨かれる。合成ダイヤモンドを成長させ
る工程には、性質の異なるダイヤモンドの複数層を得る
ためダイヤモンドの成長を行う間に成長条件を変えるこ
とを含めてもよい。
【０００７】本発明の装置の一つの態様によれば、成長
室が設けられ、またこの成長室の圧力を制御するための
手段が設けられる。成長室内には中空の非平面マンドレ
ルが配置され、このマンドレルは、好ましくは膨張率が
ダイヤモンドの膨張率と適当によく調和する材料から作
られた非平面の表面を有し、そしてこのマンドレルの上
に金属含有物質のコーティングが施される。この被覆さ
れたマンドレルの上に合成ダイヤモンドを成長させるた
め、成長室内にダイヤモンドの成長手段が設けられる。 本発明の装置の開示された態様においては、合成ダイヤ
モンド成長手段は、プラズマジェット成長装置を含んで
なり、そしてマンドレルの温度を制御するための手段が
備えられる。成長中、金属含有物質は融解しかねないが
、表面張力によって所定の位置に保持されよう。これは
、さもなければマンドレルにより引き起こされるであろ
う熱応力を軽減するのに貢献する。
室が設けられ、またこの成長室の圧力を制御するための
手段が設けられる。成長室内には中空の非平面マンドレ
ルが配置され、このマンドレルは、好ましくは膨張率が
ダイヤモンドの膨張率と適当によく調和する材料から作
られた非平面の表面を有し、そしてこのマンドレルの上
に金属含有物質のコーティングが施される。この被覆さ
れたマンドレルの上に合成ダイヤモンドを成長させるた
め、成長室内にダイヤモンドの成長手段が設けられる。 本発明の装置の開示された態様においては、合成ダイヤ
モンド成長手段は、プラズマジェット成長装置を含んで
なり、そしてマンドレルの温度を制御するための手段が
備えられる。成長中、金属含有物質は融解しかねないが
、表面張力によって所定の位置に保持されよう。これは
、さもなければマンドレルにより引き起こされるであろ
う熱応力を軽減するのに貢献する。
【０００８】本発明の開示された態様においては、成長
室内のマンドレルを回転させるための手段が設けられ、
そしてまた成長室内の成長装置を、例えばこの回転可能
なマンドレルの上方の弓形走路でもって移動させるよう
に、移動させるための手段も設けられる。
室内のマンドレルを回転させるための手段が設けられ、
そしてまた成長室内の成長装置を、例えばこの回転可能
なマンドレルの上方の弓形走路でもって移動させるよう
に、移動させるための手段も設けられる。
【０００９】本発明の更に別の特徴及び利点は、添付の
図面と関連してなされる以下の詳しい説明からもっと容
易に明らかになろう。
図面と関連してなされる以下の詳しい説明からもっと容
易に明らかになろう。
【００１０】
【好ましい態様の説明】図１を参照すれば、この図には
、本発明の方法の一態様を実施するために使用すること
のできる、本発明の一態様に従う装置が、部分的にブロ
ックの形で示されている。真空気密の反応室１０５はベ
ース１０８上に設けられる。この反応室とそのベースと
は、例えば適当な金属、例を挙げるならステンレス鋼の
ようなものから制作することができ、また観察窓を設け
ることができる。ベース１０８によって支持されている
のは、回転可能な環状リング１１２を含むテーブル１１
０である。環状リング１１２はベアリング（図示せず）
で支持することができ、そしてこのリングは駆動のため
の適当な手段、例えばテーブル１１０に支持された電動
機１１７により駆動される歯車１１５とかみ合う歯とい
ったようなものを備える。電動機１１７は、反応室１０
５の外部の手段（図示せず）によって、制御ケーブルを
介して制御される。あるいはまた、ベルト伝動を使用し
てもよい。テーブル１１０はまた、冷却又は加熱するた
めの手段をも含む。この態様においては、冷却のために
流体管路１２２，１２３が設けられている。マンドレル
１３０は、回転可能な環状リング１１２の環状の受け溝
に配置される。この実例においては、マンドレルは中空
ドームの形をしているが、それは任意の適当な非平面形
状、例えば所望の湾曲形状を有することができるという
ことが理解されよう。マンドレルは、ダイヤモンドの膨
張率と適当によく調和する膨張率を有する材料製である
。適当な材料の例は、Ｓｉ３ Ｎ４ 、石英、タングス
テン及びモリブデンであり、選定はやはり熱伝導率の必
要条件の関数である。
、本発明の方法の一態様を実施するために使用すること
のできる、本発明の一態様に従う装置が、部分的にブロ
ックの形で示されている。真空気密の反応室１０５はベ
ース１０８上に設けられる。この反応室とそのベースと
は、例えば適当な金属、例を挙げるならステンレス鋼の
ようなものから制作することができ、また観察窓を設け
ることができる。ベース１０８によって支持されている
のは、回転可能な環状リング１１２を含むテーブル１１
０である。環状リング１１２はベアリング（図示せず）
で支持することができ、そしてこのリングは駆動のため
の適当な手段、例えばテーブル１１０に支持された電動
機１１７により駆動される歯車１１５とかみ合う歯とい
ったようなものを備える。電動機１１７は、反応室１０
５の外部の手段（図示せず）によって、制御ケーブルを
介して制御される。あるいはまた、ベルト伝動を使用し
てもよい。テーブル１１０はまた、冷却又は加熱するた
めの手段をも含む。この態様においては、冷却のために
流体管路１２２，１２３が設けられている。マンドレル
１３０は、回転可能な環状リング１１２の環状の受け溝
に配置される。この実例においては、マンドレルは中空
ドームの形をしているが、それは任意の適当な非平面形
状、例えば所望の湾曲形状を有することができるという
ことが理解されよう。マンドレルは、ダイヤモンドの膨
張率と適当によく調和する膨張率を有する材料製である
。適当な材料の例は、Ｓｉ３ Ｎ４ 、石英、タングス
テン及びモリブデンであり、選定はやはり熱伝導率の必
要条件の関数である。
【００１１】この態様では、プラズマジェット成長装置
２００を合成ダイヤモンドの成長のために利用する。同
様の成長装置は、１９９０年１１月１６日に出願された
、ノートン・カンパニーに譲渡された米国特許出願第０
７／６１４９００号明細書に開示される。装置２００は
、反応室１０５の内壁に固定された走路（トラック）１
４０に搭載される。走路１４０は反応室内で弓形を形成
し、そして走路１４０にある駆動機構を使って装置を移
動させる。装置２００を移動できるようにつなぎ合わせ
た走路１４０の例を図２に図示するけれども、これに代
る集成装置を利用してもよいということ、また本発明は
上記の成長装置あるいはマンドレルを搭載あるいは移動
させる特定の方式に依存しないということが理解されよ
う。図２は、図１の弓形の走路１４０の断面を、この走
路１４０にはまり込んでそこを移動可能な成長装置２０
０のベース２０２の一部分と一緒に示す。走路１４０は
反応室１０５へリベットあるいはボルトで止めることが
でき、図２ではボルト１４１，１４２が例示されている
。成長装置２００のベース２０２の断面はＴ字形であり
、そして走路１４０がこのベース２０２を取囲み且つ案
内する。いずれの適当な駆動手段を使用することもでき
る。この実例においては、１又は２本以上の駆動ケーブ
ル（例えば２０３及び２０４）をベースにつなぎ、そし
て重力の力に逆らって成長装置２００を上下させるサー
ボ機構１４８により駆動される滑車１４５（図１）によ
り制御する。制御は、適当なワイヤ（図示せず）をつな
ぐことにより反応室の外部から行うこともできる。図示
された態様では、反応室は半球形であって、そして走路
１４０は一般にこの半球の弧に沿っている。とは言うも
のの、このほかの適当な形状を使用してもよいというこ
とが理解されよう。
２００を合成ダイヤモンドの成長のために利用する。同
様の成長装置は、１９９０年１１月１６日に出願された
、ノートン・カンパニーに譲渡された米国特許出願第０
７／６１４９００号明細書に開示される。装置２００は
、反応室１０５の内壁に固定された走路（トラック）１
４０に搭載される。走路１４０は反応室内で弓形を形成
し、そして走路１４０にある駆動機構を使って装置を移
動させる。装置２００を移動できるようにつなぎ合わせ
た走路１４０の例を図２に図示するけれども、これに代
る集成装置を利用してもよいということ、また本発明は
上記の成長装置あるいはマンドレルを搭載あるいは移動
させる特定の方式に依存しないということが理解されよ
う。図２は、図１の弓形の走路１４０の断面を、この走
路１４０にはまり込んでそこを移動可能な成長装置２０
０のベース２０２の一部分と一緒に示す。走路１４０は
反応室１０５へリベットあるいはボルトで止めることが
でき、図２ではボルト１４１，１４２が例示されている
。成長装置２００のベース２０２の断面はＴ字形であり
、そして走路１４０がこのベース２０２を取囲み且つ案
内する。いずれの適当な駆動手段を使用することもでき
る。この実例においては、１又は２本以上の駆動ケーブ
ル（例えば２０３及び２０４）をベースにつなぎ、そし
て重力の力に逆らって成長装置２００を上下させるサー
ボ機構１４８により駆動される滑車１４５（図１）によ
り制御する。制御は、適当なワイヤ（図示せず）をつな
ぐことにより反応室の外部から行うこともできる。図示
された態様では、反応室は半球形であって、そして走路
１４０は一般にこの半球の弧に沿っている。とは言うも
のの、このほかの適当な形状を使用してもよいというこ
とが理解されよう。
【００１２】図３は、図１の態様で利用することのでき
る種類のプラズマジェット成長装置２００を筒略化した
図を示す。米国特許第４４７１００３号及び第４４８７
１６２号各明細書を参照することもできる。成長装置２
００は、ベース２０２に固定された真空ハウジング２１
１の内部に収められていて、円筒形の陽極２９１と、棒
状の陰極２９２と、そして注入された流体に陰極２９２
を通り過ぎさせるようにこの陰極に隣接して備え付けら
れたインゼクタ２９５とを含んでなるアーク形生部２１
５を含む。図示された態様においては、投入流体は水素
とメタンの混合物でよく、適当な供給管路（図示せず）
を介して反応室の外部から成長装置２００へ供給するこ
とができる。陽極２９１と陰極２９２とには、電位源（
図示せず）、例えば直流電位源により電圧を印加する。 参照符号２１７で指示される円筒状の磁石を利用して、
アーク形生部で発生させたプラズマを加速し且つ集束さ
せる。これらの磁石は、一般にはコーティングされたマ
ンドレルの領域である成長領域にプラズマ２２５が達す
るまで、プラズマを狭い柱状部分内に維持する。これら
の磁石の内側には冷却コイル２３４が位置し、集束され
たプラズマを取囲む。冷却コイル２３４には液体窒素を
循環させることができる。運転時には、水素とメタンの
混合物をインゼクタ２９５へ供給して、アーク形成部の
前方にプラズマを生じさせ、そして成長領域に向けて加
速し且つ集束させる。好ましくは、温度と圧力はプラズ
マ形成領域では適当な範囲のそれぞれ１５００〜２７０
０℃と１００〜７００ｔｏｒｒであり、また成長領域で
は適当な範囲のそれぞれ８００〜１１００℃と１０〜２
００ｔｏｒｒである。当該技術分野において知られてい
るように、メタンの炭素がダイヤモンドとして選択的に
堆積し、生成するグラファイトは水素との結合によって
消費されるので、上で説明したプラズマから合成の多結
晶性ダイヤモンドを生成させることができる。
る種類のプラズマジェット成長装置２００を筒略化した
図を示す。米国特許第４４７１００３号及び第４４８７
１６２号各明細書を参照することもできる。成長装置２
００は、ベース２０２に固定された真空ハウジング２１
１の内部に収められていて、円筒形の陽極２９１と、棒
状の陰極２９２と、そして注入された流体に陰極２９２
を通り過ぎさせるようにこの陰極に隣接して備え付けら
れたインゼクタ２９５とを含んでなるアーク形生部２１
５を含む。図示された態様においては、投入流体は水素
とメタンの混合物でよく、適当な供給管路（図示せず）
を介して反応室の外部から成長装置２００へ供給するこ
とができる。陽極２９１と陰極２９２とには、電位源（
図示せず）、例えば直流電位源により電圧を印加する。 参照符号２１７で指示される円筒状の磁石を利用して、
アーク形生部で発生させたプラズマを加速し且つ集束さ
せる。これらの磁石は、一般にはコーティングされたマ
ンドレルの領域である成長領域にプラズマ２２５が達す
るまで、プラズマを狭い柱状部分内に維持する。これら
の磁石の内側には冷却コイル２３４が位置し、集束され
たプラズマを取囲む。冷却コイル２３４には液体窒素を
循環させることができる。運転時には、水素とメタンの
混合物をインゼクタ２９５へ供給して、アーク形成部の
前方にプラズマを生じさせ、そして成長領域に向けて加
速し且つ集束させる。好ましくは、温度と圧力はプラズ
マ形成領域では適当な範囲のそれぞれ１５００〜２７０
０℃と１００〜７００ｔｏｒｒであり、また成長領域で
は適当な範囲のそれぞれ８００〜１１００℃と１０〜２
００ｔｏｒｒである。当該技術分野において知られてい
るように、メタンの炭素がダイヤモンドとして選択的に
堆積し、生成するグラファイトは水素との結合によって
消費されるので、上で説明したプラズマから合成の多結
晶性ダイヤモンドを生成させることができる。
【００１３】本発明の方法の一態様に従ってダイヤモン
ドのドームを製造するのに利用される、図１の態様の装
置の操作の例は、次の通りである。すなわち、金属コー
ティング１３１をマンドレルへ適用する。このコーティ
ングは、例えば、融解温度が約１２００℃未満であり、
そして厚さが約２５０Åから１００μｍまでの範囲であ
る合金でよい。この合金は、例えばＴＺＭ、チタンとジ
ルコニウムとモリブデンの合金、でよい。モリブデンだ
けを使用することもできる。コーティングは、例えば蒸
着により通用することができ、そしてコーティングの表
面は好ましくは、例えば光学仕上げに至るまで、十分に
磨かれる。金属コーティングの適用とその研磨は、所望
ならばマンドレルを反応室１０５に入れる前に、知られ
ているやり方でもって実施することができる。（コーテ
ィングの研磨を行わずにより粗いダイヤモンド表面が得
られる場合には、所望ならばそれを、ドームをマンドレ
ルから取外してから研磨することができる。）
ドのドームを製造するのに利用される、図１の態様の装
置の操作の例は、次の通りである。すなわち、金属コー
ティング１３１をマンドレルへ適用する。このコーティ
ングは、例えば、融解温度が約１２００℃未満であり、
そして厚さが約２５０Åから１００μｍまでの範囲であ
る合金でよい。この合金は、例えばＴＺＭ、チタンとジ
ルコニウムとモリブデンの合金、でよい。モリブデンだ
けを使用することもできる。コーティングは、例えば蒸
着により通用することができ、そしてコーティングの表
面は好ましくは、例えば光学仕上げに至るまで、十分に
磨かれる。金属コーティングの適用とその研磨は、所望
ならばマンドレルを反応室１０５に入れる前に、知られ
ているやり方でもって実施することができる。（コーテ
ィングの研磨を行わずにより粗いダイヤモンド表面が得
られる場合には、所望ならばそれを、ドームをマンドレ
ルから取外してから研磨することができる。）
【００１
４】マンドレルを成長室１０５に入れ、そして走路１４
０における成長装置２００の位置を初期化（例えば走路
１４０の一番下の位置へ）してから、冷媒を、例えば入
口管路１２２及び出口管路１２３を通して冷却用流体を
供給及び排出することによって、マンドレル内へ供給す
る。次いで、この金属被覆され冷却されたマンドレル上
へ微小結晶性ダイヤモンドの薄層（例えば１〜１０μｍ
）を、マンドレルをテーブル１１０の回転する環状リン
グ１１２により回転させながらプラズマジェット成長装
置を運転して堆積させる。マンドレルを回転させながら
、成長装置２００の位置を走路１４０に沿って変化させ
る。マンドレルの回転は連続式及び／又は不連続式でよ
く、また走路１４０における成長装置２００の移動も連
続式及び／又は不連続式でよい。この移動速度は、ダイ
ヤモンド層の成長速度と所望の厚さとに依存する。
４】マンドレルを成長室１０５に入れ、そして走路１４
０における成長装置２００の位置を初期化（例えば走路
１４０の一番下の位置へ）してから、冷媒を、例えば入
口管路１２２及び出口管路１２３を通して冷却用流体を
供給及び排出することによって、マンドレル内へ供給す
る。次いで、この金属被覆され冷却されたマンドレル上
へ微小結晶性ダイヤモンドの薄層（例えば１〜１０μｍ
）を、マンドレルをテーブル１１０の回転する環状リン
グ１１２により回転させながらプラズマジェット成長装
置を運転して堆積させる。マンドレルを回転させながら
、成長装置２００の位置を走路１４０に沿って変化させ
る。マンドレルの回転は連続式及び／又は不連続式でよ
く、また走路１４０における成長装置２００の移動も連
続式及び／又は不連続式でよい。この移動速度は、ダイ
ヤモンド層の成長速度と所望の厚さとに依存する。
【００１５】例示された態様のダイヤモンド構造体が利
用されるべき用途に応じて、その内面及び／又は外面を
光学的品質のものにすることが望ましいことがあり、成
長パラメーターを所望の品質の成長ダイヤモンドを提供
するために選択することができる。例えば、超音速下で
の操作（すなわちプラズマを超音速でターゲットに向け
加速する）が、光学的品質の内面及び／又は外面を得る
のに好ましい。この種の操作中の成長は、典型的に比較
的ゆっくりの速度であって、構造体のバルクの中心部の
厚さを相対的にもっと速い速度で成長させる間は亜音速
下での操作（例えば流量、圧力及びマンドレル温度を上
昇させて）を利用することができる。
用されるべき用途に応じて、その内面及び／又は外面を
光学的品質のものにすることが望ましいことがあり、成
長パラメーターを所望の品質の成長ダイヤモンドを提供
するために選択することができる。例えば、超音速下で
の操作（すなわちプラズマを超音速でターゲットに向け
加速する）が、光学的品質の内面及び／又は外面を得る
のに好ましい。この種の操作中の成長は、典型的に比較
的ゆっくりの速度であって、構造体のバルクの中心部の
厚さを相対的にもっと速い速度で成長させる間は亜音速
下での操作（例えば流量、圧力及びマンドレル温度を上
昇させて）を利用することができる。
【００１６】成長を行う表面上を通過する回数と１回の
通過当りに適用される厚さは、応用に応じていろいろに
変えることができるということが理解されよう。
通過当りに適用される厚さは、応用に応じていろいろに
変えることができるということが理解されよう。
【００１７】ダイヤモンド層１３２の成長中に、金属コ
ーティングは融解するかもしれないが、この金属は表面
張力によって所定の位置に実質的に保持されよう。マン
ドレルからの熱応力は金属中間層の存在することにより
低減され、そして温度を、製造されている構造体に内部
引張応力及び圧縮応力を生じさせ、またその構造体をマ
ンドレルから取外す際にそれが歪む性向を軽減するよう
に、周期変化させてもよい。
ーティングは融解するかもしれないが、この金属は表面
張力によって所定の位置に実質的に保持されよう。マン
ドレルからの熱応力は金属中間層の存在することにより
低減され、そして温度を、製造されている構造体に内部
引張応力及び圧縮応力を生じさせ、またその構造体をマ
ンドレルから取外す際にそれが歪む性向を軽減するよう
に、周期変化させてもよい。
【００１８】ダイヤモンド構造体の成長が完了したら、
マンドレル（その上に金属コーティングとダイヤモンド
構造体がある）を反応室１０５から取出して、そしてダ
イヤモンド構造体をマンドレルから取外すことができる
ようにコーティング金属の融解温度近くまで加熱するこ
とができる。
マンドレル（その上に金属コーティングとダイヤモンド
構造体がある）を反応室１０５から取出して、そしてダ
イヤモンド構造体をマンドレルから取外すことができる
ようにコーティング金属の融解温度近くまで加熱するこ
とができる。
【００１９】成長パラメーターは、様々な成長構造、再
核生成、及び強度、靱性又は光学的性質を向上させるそ
のほかの特徴を提供するように選ぶことができる、とい
うことが理解されよう。
核生成、及び強度、靱性又は光学的性質を向上させるそ
のほかの特徴を提供するように選ぶことができる、とい
うことが理解されよう。
【００２０】本発明は、特定の好ましい態様に関連して
説明されているけれども、当業者は本発明の精神及び範
囲内で改変を行うであろう。例えば、他のタイプのダイ
ヤモンド成長装置を使用することができることが理解さ
れよう。同様に、別の支持用マンドレルをダイヤモンド
構造体の周囲に、内部マンドレルの取外しの前又は後に
形成してもよい。
説明されているけれども、当業者は本発明の精神及び範
囲内で改変を行うであろう。例えば、他のタイプのダイ
ヤモンド成長装置を使用することができることが理解さ
れよう。同様に、別の支持用マンドレルをダイヤモンド
構造体の周囲に、内部マンドレルの取外しの前又は後に
形成してもよい。
【図１】本発明の方法の一態様を実施するために使用す
ることができる、本発明による装置を説明する図である
。
ることができる、本発明による装置を説明する図である
。
【図２】図１の態様の可動式成長装置と走路の一部分を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明の一態様で使用することのできるタイプ
のプラズマジェット成長装置を簡略化して示す図である
。
のプラズマジェット成長装置を簡略化して示す図である
。
１０５…成長室
１１２…環状リング
１１５…歯車
１１７…電動機
１３０…マンドレル
１３１…金属コーティング
１３２…合成ダイヤモンド層
１４０…走路
１４５…滑車
１４８…サーボ機構
２００…プラズマジェット成長装置
Claims (31)
- 【請求項１】 下記の諸工程を含む、合成ダイヤモン
ド構造体の製造方法。 （ａ）マンドレルを用意する工程 （ｂ）このマンドレルを剥離物質の層でコーティングす
る工程 （ｃ）このコーティングの上へ合成ダイヤモンドを成長
させる工程 （ｄ）上記剥離物質の剥離を行って当該マンドレルから
合成ダイヤモンドを取外す工程 - 【請求項２】 前記マンドレルを用意する工程が非平
面状のマンドレルを用意することを含む、請求項１記載
の方法。 - 【請求項３】 前記マンドレルを剥離物質でコーティ
ングする工程が当該マンドレルを金属でコーティングす
ることを含む、請求項２記載の方法。 - 【請求項４】 前記コーティング上へ合成ダイヤモン
ドを成長させる前に当該コーティングを研磨する工程を
更に含む、請求項２又は３記載の方法。 - 【請求項５】 前記剥離物質の厚さが約２５０Åから
１００μｍまでの範囲である、請求項２又は４記載の方
法。 - 【請求項６】 前記剥離物質の融点が約１２００°Ｃ
未満である、請求項２又は５記載の方法。 - 【請求項７】 前記合成ダイヤモンドを取外す工程が
当該剥離物質をほぼその融点まで加熱することを含む、
請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記合成ダイヤモンドを成長させる工
程が当該剥離物質の上へ炭化水素と水素のプラズマジェ
ットを適用することを含む、請求項１又は４記載の方法
。 - 【請求項９】 前記合成ダイヤモンドを成長させる工
程が性質を異にするダイヤモンドの複数の層を得るため
当該ダイヤモンドの成長の間に成長条件を変える工程を
含む、請求項１又は８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記成長条件を変える工程が成長速
度を変えることを含む、請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記合成ダイヤモンドの成長中に当
該マンドレルの温度を周期変化させる工程を更に含む、
請求項１又は９記載の方法。 - 【請求項１２】 前記非平面状のマンドレルを用意す
る工程が中空マンドレルを用意することを含む、請求項
２又は４記載の方法。 - 【請求項１３】 前記合成ダイヤモンドを成長させる
工程が当該マンドレルを回転させることを含む、請求項
２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記合成ダイヤモンドを成長させる
工程が当該マンドレルに関して成長装置を移動させるこ
とを含む、請求項１又は１３記載の方法。 - 【請求項１５】 下記の諸工程を含む、自立式の合成
ダイヤモンドドームを製造するための方法。 （ａ）成長室内に中空のドーム形マンドレルを備えつけ
る工程 （ｂ）このマンドレルを金属でコーティングする工程（
ｃ）この金属コーティングの上へ合成ダイヤモンドの層
を成長させる工程 （ｄ）上記コーティングを加熱して上記ダイヤモンド層
を取外す工程 - 【請求項１６】 前記金属コーティング上へ合成ダイ
ヤモンドを成長させる前に当該金属コーティングを研磨
する工程を更に含む、請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 前記合成ダイヤモンドを成長させる
工程が当該コーティングの上へ炭化水素と水素のプラズ
マジェットを適用することを含む、請求項１５記載の方
法。 - 【請求項１８】 前記合成ダイヤモンドを成長させる
工程が性質を異にするダイヤモンドの複数の層を得るた
め当該ダイヤモンドの成長の間に成長条件を変える工程
を含む、請求項１５記載の方法。 - 【請求項１９】 前記成長条件を変える工程が成長速
度を変えることを含む、請求項１８記載の方法。 - 【請求項２０】 前記合成ダイヤモンドの成長中に当
該マンドレルの温度を周期変化させる工程を更に含む、
請求項１５記載の方法。 - 【請求項２１】 次に掲げるものを含んでなる、非平
面状の合成ダイヤモンド構造体を製造するための装置。 （ａ）成長室 （ｂ）上記成長室内の圧力を制御するための手段（ｃ）
上記成長室内に位置し、非平面状の表面を有するマンド
レル （ｄ）上記マンドレルの表面上の金属含有物質のコーテ
ィング （ｅ）当該コーティングされたマンドレル上へ合成ダイ
ヤモンドを成長させるための上記成長室内のダイヤモン
ド成長手段 - 【請求項２２】 前記金属含有物質が金属合金である
、請求項２１記載の装置。 - 【請求項２３】 前記ダイヤモンド成長手段がプラズ
マジェット成長装置を含んでなる、請求項２１記載の装
置。 - 【請求項２４】 前記マンドレルの温度を制御するた
めの手段を更に含んでなる、請求項２１記載の装置。 - 【請求項２５】 前記温度を制御するための手段が当
該マンドレル内に当該マンドレルを冷却するための手段
を含む、請求項２４記載の装置。 - 【請求項２６】 前記成長室中で前記マンドレルを回
転させるための手段を更に含んでなる、請求項２１記載
の装置。 - 【請求項２７】 前記成長室内で当該成長装置を当該
マンドレルに関して移動させるための手段を更に含んで
なる、請求項２１記載の装置。 - 【請求項２８】 前記成長室内で当該成長装置を移動
させるため手段が当該成長装置を当該マンドレルの上方
の弓形走路に沿って走らせるための手段を含む、請求項
２７記載の装置。 - 【請求項２９】 次に掲げるものを含んでなる、非平
面状の合成ダイヤモンド構造体を製造するための装置。 （ａ）成長室 （ｂ）上記成長室内の圧力を制御するための手段（ｃ）
上記成長室内に位置し、非平面状の表面を有するマンド
レル （ｄ）上記マンドレル上へ合成ダイヤモンドを成長させ
るための上記成長室内のダイヤモンド成長手段（ｅ）上
記成長室内で当該マンドレルを回転させるための手段 （ｆ）上記成長手段を当該成長室中で当該マンドレルに
関して移動させるための手段 - 【請求項３０】 前記成長室内で当該成長装置を移動
させるための手段が当該成長装置を当該マンドレルの上
方の弓形走路に沿って走らせるための手段を含む、請求
項２９記載の装置。 - 【請求項３１】 前記ダイヤモンド成長手段がプラズ
マジェット成長装置を含んでなる、請求項２９記載の装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US614313 | 1990-11-15 | ||
| US07/614,313 US5310512A (en) | 1990-11-15 | 1990-11-15 | Method for producing synthetic diamond structures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265298A true JPH04265298A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=24460711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3299211A Pending JPH04265298A (ja) | 1990-11-15 | 1991-11-14 | 合成ダイヤモンド構造体の製造方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5310512A (ja) |
| EP (1) | EP0486056B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04265298A (ja) |
| CA (1) | CA2053180C (ja) |
| DE (1) | DE69122590T2 (ja) |
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-
1991
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009530493A (ja) * | 2006-03-17 | 2009-08-27 | トライアンフ，オペレーティング アズ ア ジョイント ヴェンチャー バイ ザ ガバナーズ オブ ザ ユニバーシティ オブ アルバータ，ザ ユニバーシティ オブ ブリティッシュ コロンビア，カールトン | ダイヤモンド状炭素層を有する自己支持多層フィルム |
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