JPH0437694A - 粉粒状ダイヤモンドの製造方法 - 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、粉粒状ダイヤモンドの製造方法に関する。さ
らに詳しくいうと、応力や衝撃に強くて破壊されにくく
、たとえば、研磨材、切削工具、単結晶バイトおよびヒ
ートシンクなどに好適に利用することのてきる粉粒状ダ
イヤモンドの製造方法に関する。

［従来技術および発明が解決しようとする側１ダイヤモ
ンド粉末は、研磨材として好適で、また、粉末の焼結体
は、切削工具等として使用されている。

従来、ダイヤモンド粉末は、高圧下でダイヤモンドを合
成した後、必要とされる粒径に粉砕し、さらに分級する
という方法で製造されていた。

しかしながら、この方法においては、粉砕や分級は容易
てはなく、しかも、得られたダイヤモンド粉末は応力や
衝撃により破壊されやすいという欠点かあった。

最近、プラズマを利用した低圧気相法によるダイヤモン
ド合成法か確立され、高品質のダイヤモンド薄膜を容易
に製造することができるようになった。

ダイヤモンド粉末の製造においても、この低圧気相法が
利用されるようになり、より高品質のダイヤモンド粉末
を得るために多くの試みがなされた。

たとえば、気相から合成されるダイヤモンドの生成床と
なる基板の表面に傷を付けて、ダイヤモンドの析出開始
地点が複数箇所となるように基板表面を所定の面粗度に
形成し、ダイヤモンド粒子を基板上に合成した後、ダイ
ヤモンド粒子を基板から離脱させる方法（特開昭６１−
３６１１２号公報参照）が、提案された。

しかしながら、この方法においては、ダイヤモンドの析
出生成点の制御か非常に困難であった。また、基板とダ
イヤモンド粒子の接着力が強く、形成されたダイヤモン
ド粒子のみを得るためには、たとえば、基板を王水等を
用いて溶解する必要があった。

さらに、ダイヤモンドを析出させる基板面に、金属シリ
コンまたはその合金、化合物の少なくとも１種の微粉末
を散布することを特徴とするＣＶＤ法ダイヤモンド合成
に使用する基板面の処理方法（特開昭６１−１５５２９
５号公報参！！りが提案され、この方法により、表面処
理を行なった基板上には、再現性よく任意の密度のダイ
ヤモンド微粒子を発生させることかてきた。

しかしながら、この方法においては、これらの微粒子の
集合したダイヤモンド薄膜を生成させるのが目的なため
、粉末状のダイヤモンドを得ることができず、また、基
板よりダイヤモンドの離脱が困難てあるという前述の問
題点かあった。

一方、基板上にダイヤモンドを直接形成させないて、ダ
イヤモンド生成のための核をプラズマ中に導入してダイ
ヤモンド微粉末を製造する方法（特開昭６３−１５６０
０９号公報参照）かあった。

しかしながら、この方法においては、ダイヤモンドの核
生成か多く、　０．３〜Ｏ５ｇｙｓの微粒子しか得られ
ず、用途か限定されるとともに粒径の制御が困難てある
。

また、プラズマ中で溶融しない無機微粒子を反応器内で
浮遊させ、前記無機微粒子にダイヤモンドを析出させる
ことを特徴とするダイヤモンド超微粉の製造方法（特開
昭６０−２３１４９４号公報参照）や、前記金属微粒子
のような核になる粉末を振動、流動させながらダイヤモ
ンド粒子を合成する方法（特開昭５９−１３７３１１号
公報など参照）が提案されている。

しかしなから、この方法に３いては、核になる粉末の流
動状態と、たとえば、プラズマの発生状態などの反応状
態とを、両方制御する必要かあり、流動条件と合成条件
とを同時に制御することが困難てあるという問題点があ
った。また、核上にダイヤモンドを形成するため、ダイ
ヤモンドのみからなる高純度のダイヤモンド粒子の製造
か不可能であった。

一方、繊維状の金属、硝子および炭素などの繊維表面に
ダイヤモンド粒子を合成し、前記繊維を溶解除去してダ
イヤモンド粒子を得る方法（特開昭１−１１１７０７号
公報参照）がある。

しかしながら、この方法においては、前記繊維か多量に
必要で、繊維がかさばるため、工業的には、ダイヤモン
ド粒子の製造効率が悪いという欠点があった。

すなわち、従来の方法においては、ダイヤモンド粉末の
合成条件の制御や、目的とする粒径を得るための粒径制
御か困難で、しかも高純度て高強度のダイヤモンド粉末
を容易に得ることか不可能てあった。

本発明は、前記の事情に基すいてなされたちのてある。

本発明の目的は、気相法のような静的な合成方法を用い
て１反応室内て粉粒状ダイヤモンドを安定な反応状態で
形成させ、粒径の制御が容易て、高純度、高強度の粉粒
状ダイヤモンドを製造する方法を提供することにある。

［前記課題を解決するための手段コ 前記課題を解決するための本発明の構成は、基板上に形
成した離型性粉末層上にダイヤモンドを気相法により形
成し、その後にダイヤモンドを前記基板から離脱させる
ことを特徴とする粉粒状ダイヤモンドの製造方法てある
。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の方法においては、基板は、ダイヤモンド生成反
応時の支持台としての機能を有する。

前記基板の材質としては、前記基板表面に離型層を形成
することがてき、ダイヤセント合成反応時の温度に耐え
つる耐熱性の材質てあるかぎり。

特に制限はない、たとえば、鉄、銅、コバルト、ニッケ
ル、クロム、チタン、タングステン、タンタル、あるい
は、ステンレスなどこれらの合金またはこれらを主成分
とする合金や化合物、さらには、カーボン、グラファイ
ト、モリブデン、シリコン、アルミナ、Ｓｉ：ＪＬなど
が、挙げられる。これらの中ても、モリブデンやクロム
などといった第■族ａ族金属やセラミックス、グラファ
イトのように、熱膨張係数の小さいもののほうか、反応
中の形状変化かなく剥離層の離脱がなく好ましい。

また、前記基板の形状においても、前記離型層を形成し
、反応生成時の支持台としての機能を有するかぎり、特
に制限はなく、たとえば、円板などの平板状や、円柱な
どの柱状などといった形状か挙げられる。

本発明において、第１図に示すように、離型性粉末層２
を基板ｌの面上に形成するのは、ダイヤモンド粒子３が
、直接に前記基板ｌ上に合成されないようにするためで
あり、さらには、生成した粉状のダイヤモンド３を前記
基板ｌより容易に離脱させるためてある。

離型性粉末としては、外部からの何らかの弱い力が加え
られることにより、接着していた物質から容易に離れる
という性質を有する粉末を挙げることかでき、たとえば
、層状化合物などの粉末が挙げられる０層状化合物は、
特に密に原子が配列された面が互いにやや弱い結合力で
平行に並んでいるような結晶構造（層状構造）をしてい
るため、薄片にはかれやすい性質を有する。

したがって、本発明の方法において、前記離型性粉末の
材質としては、層状化合物が好適で、たとえば、耐熱性
で、潤滑性のあるｈ−ＢＮ、グラファイト、ＭｏＳ、、
タルクなどを挙げることかてきる。

特に、離型性粉末としてｈ−ＢＮが好適てある。

また、前記離型性粉末の粒径は、本目的を阻害しない限
り、特に制限はないが、後述する本発明の方法において
、前記基板からの離脱処理のしやすさや、前記離型性粉
末層の前記基板への保持力ならびに得られたダイヤモン
ド粉粒体との分離などの理由から、０．０５〜２００ｐ
−ｍ、特に０．１〜１０川■か好ましいといえる。これ
は、離型性層の間隔かてきにくく、また基板上の放熱作
用を妨げないからてある。

また、ダイヤモンド粒子を合成する際に、ダイヤモンド
か生成しやすいように、生成状を適宜使用してもよい、
生成状としては、たとえば、ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、Ｍｏ　、　Ｗ　、　　ＡｌｔＯｘ　、　ＢＮ、Ｓｉ
ｎｇ、Ｂ、Ｃ１＾ＪＰＮ　、　５ｉＪｎ　、　ＷＣｌｋ
ｌｏｃなどが挙げられる。　Ｓｉ、　ＳｉＯ□や金属な
どは、酸によって溶解させることかてき、生成状を用い
たときても純ダイヤモンドを得ることがてきる。

また、生成状の好ましい粒径は、ｔｐ■以上ｌ■鵬以下
てある。

前記離型性粉末層の形成方法としては、所定量の粉末が
前記基板上に均一に分散するように。

霧吹法のような散布方法などによって行なう。

また、他の方法としては、離型性層を揮発性の媒体（ア
ルコール、アセトンなど）に分散し、基板表面に散布し
たり、基板を分散液に浸漬したり、スピンコーターて塗
布したりした後乾燥する方法等がある。

また、生成状の導入方法は、たとえば、離型性粉末層上
に前記生成状を分散させる方法がある。

本発明のダイヤモンド粉末の合成方法としては、気相合
成方法を用いるかぎり、公知の方法など各種の方法を使
用することかでき、通常は、以下に示す気相法ダイヤモ
ンド合成が、好適てある。

ダイヤモンドは公知のダイヤモンド合成法により形成す
ることができ、中ても、炭素源ガスを励起して得られる
プラズマガスを基板に接触させる気相法ダイヤモンド合
成法が好ましい。

具体的に説明すると、炭素源ガスを含有する原料ガスを
励起して得られるガスを、前記基板表面に形成された離
型性粉末層に、反応室内で接触させることにより、前記
離型性粉末層上に粉粒状ダイヤモンドを形成する方法が
好ましい。

前記原料ガスは、少なくとも炭素源ガスを含有するもの
であればよいが、炭素原子と水素原子とを含むガスが好
ましい。

具体的には、前記原料ガスとして、たとえば炭素源ガス
と水素ガスとの混合ガスを挙げることができる。

また、所望により、前記原料ガスとともに、不活性ガス
等のキャリヤーガスを用いることもできる。

前記炭素源ガスとしては、各種炭化水素、含ハロゲン化
合物、含酸素化合物、含窒素化合物等のガス、あるいは
グラファイトなどの炭素をガス化したものを使用するこ
とができる。

炭化木葉化合物としては、たとえば、メタン、エタン、
プロパン、ブタン等のパラフィン系炭化水素；エチレン
、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素；ア
セチレン、アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタジ
ェン等のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、シ
クロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環
式炭化水素；シクロブタジェン、ベンゼン、トルエン、
キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素などを挙げる
ことがてきる。

含ハロゲン化合物としては、たとえば、へロゲン化メタ
ン、ハロゲン化エタン、ハロゲン化ベンゼン等の含ハロ
ゲン化炭化水素、四塩化炭素等を挙げることができる。

含酸素化合物としては、たとえば、メタノール、エタノ
ール、プロパツール、ブタノール等のアルコール類：メ
チルエーテル、エチルエーテル、エチルメチルエーテル
５メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテル、
フェノールエーテル、アセタール、環式エーテル（ジオ
キサン、エチレンオキシド等）のエーテル類：アセトン
、ジエチルケトン、ベンゾフェノン、ビナコリン、メチ
ルオキシド、芳香族ケトン（アセトフェノン、ベンゾフ
ェノン等）、ジケトン、環式ケトン等のケトン類：ホル
ムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、
ベンズアルデヒド等のアルデヒド類；ギ酸、酢酸、プロ
ピオン酸、コへり酸、酪酸、シュウ酸、酒石酸、ステア
リン酸等の有機酸類；酢酸メチル、酢酸エチル等の酸エ
ステル類：エチレングリコール、ジエチレングリコール
等の二価アルコール類ニー酸化炭素、二酸化炭素等を挙
げることができる。

含窒素化合物としては、たとえば、トリメチルアミン、
トリエチルアミンなどのアミン類等を挙げることかてき
る。

これらの炭素源ガスの中でも、常温で気体または蒸気圧
の高いメタン、エタン、プロパン等のパラフィン系炭化
水素；あるいはアセトン、ベンゾフェノン等のケトン類
、メタノール、エタノール等のアルコール類、−酸化炭
素、二酸化炭素ガス等の含酸素化合物が好ましい。

前記炭素源ガスの全ガス中における濃度は、通常０．１
〜８０容量％てある。

前記水素ガスを構成する水素は、励起されると原子状水
素を形成する。

この原子状水素は、詳細なメカニズムは不明てあるが、
ダイヤモンド形成反応を活性化する触媒的作用をするも
のと考えられる。さらにはダイヤモンドの析出と同時に
析出するグラファイトやアルモルフアスカ−ボン等の非
ダイヤモンド類成分を除去する作用を有する。

前記原料ガスを励起する手段としては、たとえばマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＤＣプ
ラズマＣＶＤ法、有磁場プラズマＣＶＤ法（ＥＣＲ条件
を含む）、熱フイラメント法、熱プラズマＣＶＤ法、光
ＣＶＤ法、レーザー誘起ＣＶＤ法、燃焼炎法、スパッタ
リング法、イオンビーム法、クラスターのイオンビーム
法、イオンブレーティング法などを挙げることができる
。

これらの中でも、好ましいのは各ｇＣＶＤ法であり、よ
り好ましいはプラズマＣＶＤ法てある。

前記気相法において、ダイヤモンドを形成する際の前記
基板の温度は、前記原料ガスの励起方法により異なるの
て、−概に決定することはてきないか、通常、３００〜
１．２００℃、好ましくは５００〜１．１００°Ｃてあ
る。

前記の温度か３００℃より低いと、ダイヤモンドの析出
速度が遅くなったり、析出物の結晶性が失われることか
ある。

一方、　１，２００℃より高くしても、それに見合った
効果は奏されず、エネルギー効率の点て不利になるとと
もに、形成されたダイヤモンドかエツチングされてしま
うことかある。

また、ダイヤモンドを形成する際の反応圧力は、通常、
１０−’　〜１０’　ｔｏｒｒ、好ましくは１０−’〜
８００　ｔｏｒｒてある０反応圧力か１０−’　ｔｏｒ
ｒよりも低い場合には、ダイヤモンドの析出速度が遅く
なったり、それか析出しなくなったりする。一方、１０
’　ｔｏｒｒより高い場合にはグラファイトの発生量が
多くなる。

反応時間は、前記基板の表面温度、反応圧力。

必要とするダイヤモンド粉末の粒径などにより相違する
のて一概に決定することはできず、適宜に決定すればよ
い。

このようにして形成される粉粒状ダイヤモンドの粒径に
ついては、粉粒状ダイヤモンドを使用する研磨材や切削
工具の用途により種々変化するのて特に制約はないが、
通常は０．１〜１，０００　ｇｍてある。

本発明の方法においては、粉粒状ダイヤモンドを前記離
型性粉末層上に形成させた後、前記基板より前記粉粒状
ダイヤモンドを離脱させる。前記離型性粉末層は、前記
基板から離れやすい性質を有しており、たとえば、超音
波、振動またはかきとりなどの物理的な手法により、前
記基板や生成した粉粒状ダイヤモンドから容易に離脱す
ることができ、高純度の粉粒状ダイヤモンドを得ること
かできる。

また、粉粒状ダイヤモンドが少量の前記離型性粉末を含
有している場合は、熱処理や洗浄などの処理により、容
易に前記離型性粉末を除去することができる。たとえば
、前記離型性粉末がｈ−ＢＨのときは、空気中で熱処理
を行ない、次いで冷却した後、純水て洗浄する方法によ
り、ｈ−ＢＮを除去し、高純度の粉粒状ダイヤモンドを
得ることかてきる。

上記のような方法て容易にｈ−ＢＮを除去することかて
きるのは、ｈ−ＢＮは、酸化されると８２０．になり、
このＢ２０ｆｆに水を加えてホウ耐水にすることて、純
水による洗浄を可能にしたためてある。

上記のようにして、本発明の方法において、前記離型性
粉末層を用いることにより、気相法のような静的な合成
方法を用いて１反応室内て前記炭素源ガスから安定な反
応状態で粉粒状ダイヤモンドを形成することができる。

また、ダイヤモンド合成時間や核発生処理などの合成条
件を適宜調節することにより、粉粒状ダイヤモンドの粒
径の制御か容易で、高純度、高強度の粉粒状ダイヤモン
ドを製造することかてきる。

［実施例］ 次いて、本発明の実施例および比較例を示し、この発明
についてさらに具体的に説明する。

（実施例） 本発明の方法において、直径２０ｍ５の一〇基板上に、
電気化学工業（株）製のボロンスプレーを散布し、ｈ−
ＢＮの離型性粉末層を形成した。

反応室内で下記に示す反応条件にて、ＤＣプラズマＣＶ
Ｄ法によりダイヤモンド合成を行なった。

反応条件 原料ガス・ガス流量　　　Ｃ）１．　１文／５ｉｎＨ２
Ｉｓ　　ｕ／ｓｉｎ ＾ｒ　　１０４１／ｓｉｎ の混合気体 ２００ｔｏｒｒ ９５０〜１０５０℃ １００Ａ　　９０Ｖ １０分 圧力 温度 電源出力 反応時間 ダイヤモンド合成後、アセトン溶液中にて超音波処理を
５分間行ない、生成した粒径ｌ〜５終■の粉状ダイヤモ
ンドを基板より離脱させた。

なお、得られた粉状ダイヤモンドは、少量のｈ−ＢＮ粉
末を含んでいたので、空気中で１０分間熱処理を行ない
、次いで冷却後純水で洗浄した。

その結果１粒径１〜５μ閣の高純度粉状ダイヤモンドを
得た。

（比較例） 前記実施例において、離型性粉末層を形成しないで、直
接基板上にダイヤモンドを析出させるほかは、前記実施
例と同様にしてダイヤモンドを合成させた。

その結果、Ｍｏ板の基板全体にダイヤモンドが析出し、
超音波などの処理では、基板より生成したダイヤモンド
を離脱することができず、目的とする粉末ダイヤモンド
を得ることは不可能であった。

（評価） 実施例と比較例との結果から、粉粒状ダイヤモンドの製
造の際に、基板上に離型性粉末層を形成し、その離型性
粉末層上にダイヤモンドを製造することにより、合成し
た粉粒状ダイヤモンドを容易に基板より離脱させ、高純
度て、高強度の粉粒状ダイヤモンドを得ることか可能て
あることを確認した。

［発明の効果］ 本発明によると。

（１）基板上に、層状化合物のような離型性粉末からな
る層を形成し、前記離型性粉末層上にダイヤモンドを生
成するという静的合成条件により、生成した粉粒状ダイ
ヤモンドを容易に基板より離脱することができる、 （２）また、ダイヤモンドの合成条件の制御が容易て、
しかも１合成時間のｉＩ節により粉粒状ダイヤモンドの
粒径の制御を容易に行なうことか可能てある、 （３）シたがって、目的に応じた粒径で、高純度・高強
度の粉粒状ダイヤモンドを製造することが可能てある。

などの利点を有する工業的に有用な粉粒状ダイヤモンド
の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の方法における粉粒状ダイヤモンドの
製造方法の説明図てある。 第１図 １・・・基板、２・・・離型性粉末層、３・・・粉粒状
ダイヤモンド ・：、＋１＋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に形成した離型性粉末層上にダイヤモンド
   を気相法により形成し、その後にダイヤモンドを基板か
   ら離脱させることを特徴とする粉粒状ダイヤモンドの製
   造方法。
2. （２）離型性粉末層が、層状化合物てある特許請求の範
   囲第１項記載の製造方法。