JPH06269654A - ダイヤモンドの合成方法 - Google Patents
ダイヤモンドの合成方法Info
- Publication number
- JPH06269654A JPH06269654A JP5058618A JP5861893A JPH06269654A JP H06269654 A JPH06269654 A JP H06269654A JP 5058618 A JP5058618 A JP 5058618A JP 5861893 A JP5861893 A JP 5861893A JP H06269654 A JPH06269654 A JP H06269654A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- rare earth
- synthesizing
- solvent
- nitrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 装飾用途や光学部品などに用いることができ
る無色透明で良質なダイヤモンド単結晶の新規な合成方
法を提供する。 【構成】 温度差法によるダイヤモンド単結晶合成にお
いて、溶媒金属に窒素ゲッターとして希土類元素から選
ばれる一種もしくは二種以上の金属を添加することを特
徴とする。これにより、無色透明で含有窒素量が２×１
０17個／ｃｍ3 以下であるインクルージョンの殆どない
良質なIIａ型ダイヤモンド結晶を安価に且つ安定に合成
できるので、装飾用途や光学部品に供し得る合成ダイヤ
モンドの有利な製法である。
る無色透明で良質なダイヤモンド単結晶の新規な合成方
法を提供する。 【構成】 温度差法によるダイヤモンド単結晶合成にお
いて、溶媒金属に窒素ゲッターとして希土類元素から選
ばれる一種もしくは二種以上の金属を添加することを特
徴とする。これにより、無色透明で含有窒素量が２×１
０17個／ｃｍ3 以下であるインクルージョンの殆どない
良質なIIａ型ダイヤモンド結晶を安価に且つ安定に合成
できるので、装飾用途や光学部品に供し得る合成ダイヤ
モンドの有利な製法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドの安定領
域下で、温度差法により高純度ダイヤモンド、特にダイ
ヤモンド単結晶（IIａ型）を合成する方法に関する。当
該単結晶は透光性に優れているので光学部品または装飾
品として有用である。
域下で、温度差法により高純度ダイヤモンド、特にダイ
ヤモンド単結晶（IIａ型）を合成する方法に関する。当
該単結晶は透光性に優れているので光学部品または装飾
品として有用である。
【０００２】
【従来の技術】現在市販されている装飾用ダイヤモンド
は、主に南アフリカ、ロシアより産出されるものの中か
ら、無色透明で内部欠陥の少ないものを選別して用いら
れている。天然装飾用ダイヤモンドは宝石の中でも最も
販売量が多い。また、ダイヤモンドを用いた光学部品と
して、レーザー窓やＩＲアンビルセルなどがあるが、い
ずれも天然原石の中から赤外領域に光の吸収のない透明
なダイヤモンド（IIａ型とよばれる）が選ばれて用いら
れている。しかし、無色透明な原石の産出は極めて少な
く、安定供給や価格に問題がある。一方、人工合成によ
るダイヤモンドは通常、超高圧高温下で合成する際に溶
媒中の窒素が結晶格子内に取り込まれるために黄色く着
色してしまうが、溶媒中に窒素ゲッターを添加すること
で無色透明のダイヤモンドを得ることができる。この窒
素ゲッターとしては、たとえば、The Journal of Physi
cal Chemistry, vol.75, No.12 (1971) p1838 に示され
ているように、Ａｌがよく知られている。これはＡｌ＋
Ｎ＝ＡｌＮの反応を利用するものである。具体的には、
米国特許第４０３４０６６号明細書には、Ｆｅ溶媒にＡ
ｌを３〜５重量％添加することにより宝石級の無色透明
なダイヤモンド単結晶が得られると記載されている。Ａ
ｌ以外の窒素ゲッターを用いた例として、たとえば無機
材質研究所研究報告書第３９号（１９８４）、ｐ１６〜
１９項にＴｉやＺｒを溶媒金属に添加することにより、
結晶中の窒素が除去されたという報告がある。すなわ
ち、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ及びそれらの合成にＴｉやＺｒを
添加して合成するものである。その結果 colorlessと判
定された溶媒種は、数種類である。さらに５００ｎｍ以
下の短波長で吸収の無い、無色のダイヤモンドは、Ｆｅ
−Ｚｒ系溶媒で合成されたものだけであった。５００ｎ
ｍ以下に吸収があると言う事は、紫外可視域で用いる光
学部品あるいは無色透明を必要とする装飾用途には適し
ていない事を示している。以上の様に、従来は、Ｆｅ，
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒの鉄系金属に、窒化物を形成す
る金属（Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ）を添加する事により溶媒金
属中の溶解窒素原子を除去していた。
は、主に南アフリカ、ロシアより産出されるものの中か
ら、無色透明で内部欠陥の少ないものを選別して用いら
れている。天然装飾用ダイヤモンドは宝石の中でも最も
販売量が多い。また、ダイヤモンドを用いた光学部品と
して、レーザー窓やＩＲアンビルセルなどがあるが、い
ずれも天然原石の中から赤外領域に光の吸収のない透明
なダイヤモンド（IIａ型とよばれる）が選ばれて用いら
れている。しかし、無色透明な原石の産出は極めて少な
く、安定供給や価格に問題がある。一方、人工合成によ
るダイヤモンドは通常、超高圧高温下で合成する際に溶
媒中の窒素が結晶格子内に取り込まれるために黄色く着
色してしまうが、溶媒中に窒素ゲッターを添加すること
で無色透明のダイヤモンドを得ることができる。この窒
素ゲッターとしては、たとえば、The Journal of Physi
cal Chemistry, vol.75, No.12 (1971) p1838 に示され
ているように、Ａｌがよく知られている。これはＡｌ＋
Ｎ＝ＡｌＮの反応を利用するものである。具体的には、
米国特許第４０３４０６６号明細書には、Ｆｅ溶媒にＡ
ｌを３〜５重量％添加することにより宝石級の無色透明
なダイヤモンド単結晶が得られると記載されている。Ａ
ｌ以外の窒素ゲッターを用いた例として、たとえば無機
材質研究所研究報告書第３９号（１９８４）、ｐ１６〜
１９項にＴｉやＺｒを溶媒金属に添加することにより、
結晶中の窒素が除去されたという報告がある。すなわ
ち、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ及びそれらの合成にＴｉやＺｒを
添加して合成するものである。その結果 colorlessと判
定された溶媒種は、数種類である。さらに５００ｎｍ以
下の短波長で吸収の無い、無色のダイヤモンドは、Ｆｅ
−Ｚｒ系溶媒で合成されたものだけであった。５００ｎ
ｍ以下に吸収があると言う事は、紫外可視域で用いる光
学部品あるいは無色透明を必要とする装飾用途には適し
ていない事を示している。以上の様に、従来は、Ｆｅ，
Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒの鉄系金属に、窒化物を形成す
る金属（Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｒ）を添加する事により溶媒金
属中の溶解窒素原子を除去していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記方
法では、下記の問題点があった。 Ａｌを窒素ゲッターとして用いた場合、図１の様に
Ａｌの添加量と供に結晶中の溶媒金属の巻き込み（ inc
lusion )が増加する。 Ｔｉ，Ｚｒを窒素ゲッターとして用いた場合、窒化
物と同時に多量の炭化物も形成され結晶中に巻き込まれ
る。又、炭化物を核として、溶媒金属の巻き込みが多く
なる。 Ａｌ又はＴｉ，Ｚｒを窒素ゲッターとして用いる
と、良質な結晶を得る為の成長速度が低下する（この事
は "J. Phy. Chem." Vol 75, P 1838 にＡｌを添加しな
い場合の６割以下になる事が示されている。）
法では、下記の問題点があった。 Ａｌを窒素ゲッターとして用いた場合、図１の様に
Ａｌの添加量と供に結晶中の溶媒金属の巻き込み（ inc
lusion )が増加する。 Ｔｉ，Ｚｒを窒素ゲッターとして用いた場合、窒化
物と同時に多量の炭化物も形成され結晶中に巻き込まれ
る。又、炭化物を核として、溶媒金属の巻き込みが多く
なる。 Ａｌ又はＴｉ，Ｚｒを窒素ゲッターとして用いる
と、良質な結晶を得る為の成長速度が低下する（この事
は "J. Phy. Chem." Vol 75, P 1838 にＡｌを添加しな
い場合の６割以下になる事が示されている。）
【０００４】本発明はかかる問題点を解決し、無色透明
でインクルージョのほとんどない結晶を、安価にしかも
安定して合成できる方法を提供し、人工合成ダイヤモン
ドの装飾用途又は光学部品用途への使用を可能とするも
のである。
でインクルージョのほとんどない結晶を、安価にしかも
安定して合成できる方法を提供し、人工合成ダイヤモン
ドの装飾用途又は光学部品用途への使用を可能とするも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は希土類元素を利
用することにより良質なダイヤモンド単結晶を製造する
方法を提供することを目的とする。
用することにより良質なダイヤモンド単結晶を製造する
方法を提供することを目的とする。
【０００６】上記の目的は、ダイヤモンドの安定領域下
で、含有窒素量が、２×１０17個／ｍ3 以下である高純
度ダイヤモンドを合成するに際し、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｍｎ，Ｃｒの少なくとも一種又は２種以上の合金よりな
る合成溶媒に、合成圧力、温度条件下で窒化物を形成
し、炭化物を形成しないか又は溶解する希土類元素（Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙ）
の少なくとも一種を添加する事を特徴とする高純度ダイ
ヤモンドの合成方法及び粒径の大きい高純度ダイヤモン
ドを合成するに際し、原料となる炭素元素を溶解し、か
つ温度の低下に対し炭素の溶解度が減少することでダイ
ヤモンドの溶媒作用を発揮する希土類元素であるＣｅ，
Ｌａ，Ｙの少なくとも一種を添加することを特徴とする
温度差法によるダイヤモンドの合成方法により達成する
ことができる。
で、含有窒素量が、２×１０17個／ｍ3 以下である高純
度ダイヤモンドを合成するに際し、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，
Ｍｎ，Ｃｒの少なくとも一種又は２種以上の合金よりな
る合成溶媒に、合成圧力、温度条件下で窒化物を形成
し、炭化物を形成しないか又は溶解する希土類元素（Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙ）
の少なくとも一種を添加する事を特徴とする高純度ダイ
ヤモンドの合成方法及び粒径の大きい高純度ダイヤモン
ドを合成するに際し、原料となる炭素元素を溶解し、か
つ温度の低下に対し炭素の溶解度が減少することでダイ
ヤモンドの溶媒作用を発揮する希土類元素であるＣｅ，
Ｌａ，Ｙの少なくとも一種を添加することを特徴とする
温度差法によるダイヤモンドの合成方法により達成する
ことができる。
【０００７】すなわち、本発明は下記の知見により達成
されたものである： 窒素ゲッターとして、炭化物を作らないか又は炭化
物の溶媒金属に対する溶解温度が低い。Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙ等の希土類元素
を用いると、成長速度を低下されることなく良質なダイ
ヤモンド単結晶が得られる。 炭素を良く溶解し、温度差によって炭素の溶解度差
を生ずる溶媒効果が有り、かつ窒素ゲッターとして作用
するＣｅ，Ｌａ，Ｙ元素を用い、温度差法で結晶を合成
すると、成長速度が速く良質な高純度結晶が得られる。 成長速度を低下させず、良質な高純度単結晶が合成
できるＣｅ，Ｌａ，Ｙ元素の添加量は、原子量比（ Ato
mic ％）で０．２〜５０％の範囲が好ましい。
されたものである： 窒素ゲッターとして、炭化物を作らないか又は炭化
物の溶媒金属に対する溶解温度が低い。Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙ等の希土類元素
を用いると、成長速度を低下されることなく良質なダイ
ヤモンド単結晶が得られる。 炭素を良く溶解し、温度差によって炭素の溶解度差
を生ずる溶媒効果が有り、かつ窒素ゲッターとして作用
するＣｅ，Ｌａ，Ｙ元素を用い、温度差法で結晶を合成
すると、成長速度が速く良質な高純度結晶が得られる。 成長速度を低下させず、良質な高純度単結晶が合成
できるＣｅ，Ｌａ，Ｙ元素の添加量は、原子量比（ Ato
mic ％）で０．２〜５０％の範囲が好ましい。
【０００８】
【作用】以下本発明の作用について説明する。 ア）希土類元素を窒素ゲッターとする作用について。 希土類元素は、炭化物を作成しにくく、作成しても、低
融点である。１気圧における代表的な希土類元素と炭素
の融点を下表に示す。又比較の為に、Ｔｉ，Ｚｒと、炭
素の融点を示す。
融点である。１気圧における代表的な希土類元素と炭素
の融点を下表に示す。又比較の為に、Ｔｉ，Ｚｒと、炭
素の融点を示す。
【０００９】
【表１】 通常ダイヤモンドの合成温度は、１２５０℃以上なの
で、希土類元素を添加しても合成温度では、炭化物が溶
解しており、結晶中に含有される事はない。又、希土類
元素は安定な窒化物を作成する為、窒素ゲッターとして
有効に働く。ゲッター作用の強いものとして、表１に記
載のもの以外に、Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｓｍ，Ｐｒがあ
る。
で、希土類元素を添加しても合成温度では、炭化物が溶
解しており、結晶中に含有される事はない。又、希土類
元素は安定な窒化物を作成する為、窒素ゲッターとして
有効に働く。ゲッター作用の強いものとして、表１に記
載のもの以外に、Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｓｍ，Ｐｒがあ
る。
【００１０】イ）溶媒効果のあるゲッターを添加する効
果 希土類元素は、炭素を溶解し、温度差を生じさせると、
濃度差によって過飽和度が生じ、それによって種結晶上
に結晶成長が生ずる。この現象をＣｅによって、詳しく
説明する。図２にＣ−Ｃｅの状態図を示す。図２より判
かる様に、炭素の溶解度が大きく、共晶点における炭素
濃度は、２０原子％である。又図２中、Ａ，Ｂ点の様に
温度差ΔＴをとると、濃度差ΔＣが生ずる。超高圧下で
この様な溶媒作用のある元素としては、Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ
がある。
果 希土類元素は、炭素を溶解し、温度差を生じさせると、
濃度差によって過飽和度が生じ、それによって種結晶上
に結晶成長が生ずる。この現象をＣｅによって、詳しく
説明する。図２にＣ−Ｃｅの状態図を示す。図２より判
かる様に、炭素の溶解度が大きく、共晶点における炭素
濃度は、２０原子％である。又図２中、Ａ，Ｂ点の様に
温度差ΔＴをとると、濃度差ΔＣが生ずる。超高圧下で
この様な溶媒作用のある元素としては、Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ
がある。
【００１１】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例−１ Ｆｅ−Ｎｉ板と黒鉛板を積層し、その間に、Ｌａ金属粉
末を（Ｆｅ−Ｎｉ板の原子量比で１％）で添加したセル
を組み立て、超高圧高温度（５．３ＧＰａ、１２５０
℃）で、４５分間保持した。加圧、加熱処理したセルを
酸で溶解した所、主に３０／４０メッシュの内包物の殆
んど無い砥粒ダイヤモンドが得られた。最大のサイズ
（約１．２□ｍｍ）のものを研摩し、顕微型ＦＴＩＲ装
置で透過スペクトルを調べたが、窒素元素に関する吸収
（１１３０ １／ｃｍ及び１３３０１／ｃｍ付近）は全
く見い出されなかった。又合成した砥粒ダイヤモンドを
集めＥＳＲ装置で、Ｉｂ型窒素の含有量を調べた結果１
×１０17個／ｃｍ3 である事が判った。又比較の為に、
前記方法の換わりに、Ａｌ金属粉末を同一の方法で添加
し、同一の方法でダイヤ砥粒を合成した。得られたダイ
ヤ砥粒中には溶媒金属や炭素原料の内包物を多く含み、
外観は淡い黄色を帯びた黒色を呈していた。研摩し内包
物を避けて、顕微型ＦＴＩＲ装置で、透過スペクトルを
測定した。１１３０ １／ｃｍ付近にＩｂ型窒素の吸収
が認められ、吸収係数は０．８ １／ｃｍで、推定窒素
含有量は３．５×１０18／ｃｍ2 であった。尚Ｌａ及び
Ａｌ金属の酸化を防ぐ為、還元した金属粉末を、Ａｒガ
ス中のグローブボックス内で添加し、合成開始直前まで
保管した。以上述べた様に、本発明による方法で、内包
物が殆んど無く、窒素含有量も、２×１０17個／ｃｍ3
以下である高純度なダイヤモンド単結晶が得られた。
又、同様な方法で添加物として、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙを用いて同様な実験を行なっ
たが同様な結果が得られた。
するが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例−１ Ｆｅ−Ｎｉ板と黒鉛板を積層し、その間に、Ｌａ金属粉
末を（Ｆｅ−Ｎｉ板の原子量比で１％）で添加したセル
を組み立て、超高圧高温度（５．３ＧＰａ、１２５０
℃）で、４５分間保持した。加圧、加熱処理したセルを
酸で溶解した所、主に３０／４０メッシュの内包物の殆
んど無い砥粒ダイヤモンドが得られた。最大のサイズ
（約１．２□ｍｍ）のものを研摩し、顕微型ＦＴＩＲ装
置で透過スペクトルを調べたが、窒素元素に関する吸収
（１１３０ １／ｃｍ及び１３３０１／ｃｍ付近）は全
く見い出されなかった。又合成した砥粒ダイヤモンドを
集めＥＳＲ装置で、Ｉｂ型窒素の含有量を調べた結果１
×１０17個／ｃｍ3 である事が判った。又比較の為に、
前記方法の換わりに、Ａｌ金属粉末を同一の方法で添加
し、同一の方法でダイヤ砥粒を合成した。得られたダイ
ヤ砥粒中には溶媒金属や炭素原料の内包物を多く含み、
外観は淡い黄色を帯びた黒色を呈していた。研摩し内包
物を避けて、顕微型ＦＴＩＲ装置で、透過スペクトルを
測定した。１１３０ １／ｃｍ付近にＩｂ型窒素の吸収
が認められ、吸収係数は０．８ １／ｃｍで、推定窒素
含有量は３．５×１０18／ｃｍ2 であった。尚Ｌａ及び
Ａｌ金属の酸化を防ぐ為、還元した金属粉末を、Ａｒガ
ス中のグローブボックス内で添加し、合成開始直前まで
保管した。以上述べた様に、本発明による方法で、内包
物が殆んど無く、窒素含有量も、２×１０17個／ｃｍ3
以下である高純度なダイヤモンド単結晶が得られた。
又、同様な方法で添加物として、Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙを用いて同様な実験を行なっ
たが同様な結果が得られた。
【００１２】実施例−２ 実施例１と同様のセルを用い、超高圧高温下（５．５Ｇ
Ｐａ、１３００℃）で、温度差法を用い種結晶上に、高
純度ダイヤモンドをエピタキシャル成長させた。合成時
間は全て７０時間で、０．９−１．０カラットの単結晶
ダイヤモンドが得られた。用いた溶媒は真空炉（１×１
０-4ｔｏｒｒ）で、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｅを溶解し得られた
合金を用いた。Ｆｅの量は４０重量％で固定し、Ｃｅの
添加量を０．１〜５５原子％まで変化させ、常にＣｅ＋
Ｃｏ量が６０原子％になる様にした。又、炭素源として
は高純度黒鉛を用いた。又比較の為にＣｅの替わりにＴ
ｉを添加したものを合成した。結果を表２に示す。
Ｐａ、１３００℃）で、温度差法を用い種結晶上に、高
純度ダイヤモンドをエピタキシャル成長させた。合成時
間は全て７０時間で、０．９−１．０カラットの単結晶
ダイヤモンドが得られた。用いた溶媒は真空炉（１×１
０-4ｔｏｒｒ）で、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｅを溶解し得られた
合金を用いた。Ｆｅの量は４０重量％で固定し、Ｃｅの
添加量を０．１〜５５原子％まで変化させ、常にＣｅ＋
Ｃｏ量が６０原子％になる様にした。又、炭素源として
は高純度黒鉛を用いた。又比較の為にＣｅの替わりにＴ
ｉを添加したものを合成した。結果を表２に示す。
【００１３】
【表２】
【００１４】前記表−２から判かる様に添加量が、０．
２原子％未満では、窒素原子の除去効果が少ない。又、
５０原子％を越えると合成量の低下及び内包物が増加
し、大きな良質な結晶が得られない。又Ａｌ及びＴｉの
添加では、内包物が多く大きな良質な結晶が得られな
い。又、Ｃｅの替わりに、Ｌａ，Ｙを用いて同様の実験
を行なったが、同様な結果が得られた。尚、窒素含有量
等の測定方法は、実施例−１と同一とした。
２原子％未満では、窒素原子の除去効果が少ない。又、
５０原子％を越えると合成量の低下及び内包物が増加
し、大きな良質な結晶が得られない。又Ａｌ及びＴｉの
添加では、内包物が多く大きな良質な結晶が得られな
い。又、Ｃｅの替わりに、Ｌａ，Ｙを用いて同様の実験
を行なったが、同様な結果が得られた。尚、窒素含有量
等の測定方法は、実施例−１と同一とした。
【００１５】実施例−３ 実施例１と同様のセルを用い、超高圧高温下（５．４Ｇ
Ｐａ、１２８０℃）で、温度差法を用い種結晶上に、高
純度ダイヤモンドをエピタキシャル成長させた。合成時
間は、５５時間で、０．２５〜０．７カラットの単結晶
ダイヤモンドが得られた。用いた溶媒は真空炉（５×１
０-4ｔｏｒｒ）で、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｄを高周波溶
解した。Ｎｄの量は、０．１〜１０原子％の範囲で変化
させた。又、合成した結晶の透過スペクトル及び結晶中
の窒素含有量は、実施例−１と同様な方法で測定した。
Ｐａ、１２８０℃）で、温度差法を用い種結晶上に、高
純度ダイヤモンドをエピタキシャル成長させた。合成時
間は、５５時間で、０．２５〜０．７カラットの単結晶
ダイヤモンドが得られた。用いた溶媒は真空炉（５×１
０-4ｔｏｒｒ）で、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｄを高周波溶
解した。Ｎｄの量は、０．１〜１０原子％の範囲で変化
させた。又、合成した結晶の透過スペクトル及び結晶中
の窒素含有量は、実施例−１と同様な方法で測定した。
【００１６】
【表３】
【００１７】上表に示す様に、Ｎｄの添加量が、０．２
原子％未満では、結晶中の窒素を完全に除去することが
出来なかった。又、５原子％を越える範囲では、結晶成
長が阻害され、合成速度が１／２〜１／３以下に著しく
低下することが判った。上記の実験結果から判かる様
に、添加の範囲は０．２〜５原子％が良好である。又、
Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃを用いても同様な結果が得
られた。
原子％未満では、結晶中の窒素を完全に除去することが
出来なかった。又、５原子％を越える範囲では、結晶成
長が阻害され、合成速度が１／２〜１／３以下に著しく
低下することが判った。上記の実験結果から判かる様
に、添加の範囲は０．２〜５原子％が良好である。又、
Ｐｒ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃを用いても同様な結果が得
られた。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、温度差法によるダイヤモンド
単結晶の合成方法において、希土類元素を窒素ゲッター
として添加することにより、成長速度を低下することな
く良質な結晶を得るという工業的に優れた効果を奏する
ことができる。すなわち、本発明によれば、無色透明で
インクルージョンのほとんどないダイヤモンド結晶を、
安価に安定して合成できる。本方法によって合成ダイヤ
モンドを装飾用途、光学部品などに利用することが可能
なものとなる。
単結晶の合成方法において、希土類元素を窒素ゲッター
として添加することにより、成長速度を低下することな
く良質な結晶を得るという工業的に優れた効果を奏する
ことができる。すなわち、本発明によれば、無色透明で
インクルージョンのほとんどないダイヤモンド結晶を、
安価に安定して合成できる。本方法によって合成ダイヤ
モンドを装飾用途、光学部品などに利用することが可能
なものとなる。
【図１】図１はＡｌ添加により内包物（主に溶媒金属）
の増加する傾向を示すグラフである。横軸はＡｌの添加
量、縦軸は内包物の増加量を示す。
の増加する傾向を示すグラフである。横軸はＡｌの添加
量、縦軸は内包物の増加量を示す。
【図２】図２は常圧におけるＣｅ−Ｃ系の状態図を示す
グラフである。縦軸は温度、横軸は炭素の添加量（原子
％）を示す。
グラフである。縦軸は温度、横軸は炭素の添加量（原子
％）を示す。
Ａ：原料炭素の温度 Ｂ：種結晶上の温度 ΔＴ：温度差 ΔＣ：原料と種結晶間の過飽和濃度（結晶成長のための
駆動力）
駆動力）
Claims (4)
- 【請求項１】 ダイヤモンドの安定領域下で、含有窒素
量が、２×１０17個／ｍ3 以下である高純度ダイヤモン
ドを合成するに際し、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｒの
少なくとも一種又は２種以上の合金よりなる合成溶媒
に、合成圧力、温度条件下で窒化物を形成し、炭化物を
形成しないか又は溶解する希土類元素（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ，Ｓｃ，Ｙ）の少なくとも
一種を添加する事を特徴とする高純度ダイヤモンドの合
成方法。 - 【請求項２】 粒径の大きい高純度ダイヤモンドを合成
するに際し、原料となる炭素元素を溶解し、かつ温度の
低下に対し炭素の溶解度が減少することでダイヤモンド
の溶媒作用を発揮する希土類元素であるＣｅ，Ｌａ，Ｙ
の少なくとも一種を添加することを特徴とする温度差法
によるダイヤモンドの合成方法。 - 【請求項３】 前記希土類元素（Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓ
ｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｌｕ，Ｓｃ）の添加量が０．２原子％以上から５原
子％の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の高
純度ダイヤモンドの合成方法。 - 【請求項４】 前記溶媒作用を発揮するＣｅ，Ｌａ，Ｙ
の添加量が０．２原子％以上から５０原子％の範囲にあ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度差法に
よるダイヤモンドの合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5058618A JPH06269654A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | ダイヤモンドの合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5058618A JPH06269654A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | ダイヤモンドの合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06269654A true JPH06269654A (ja) | 1994-09-27 |
Family
ID=13089555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5058618A Pending JPH06269654A (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | ダイヤモンドの合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06269654A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006312672A (ja) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | National Institute For Materials Science | 希土類等の付活剤を添加した蛍光発光特性を有する窒化ホウ素結晶とその製造方法及び窒化ホウ素蛍光体 |
| JP2012041406A (ja) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド |
| CN105170030A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-23 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种多晶金刚石集中粒度生成的制作方法 |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP5058618A patent/JPH06269654A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006312672A (ja) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | National Institute For Materials Science | 希土類等の付活剤を添加した蛍光発光特性を有する窒化ホウ素結晶とその製造方法及び窒化ホウ素蛍光体 |
| JP2012041406A (ja) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド |
| CN105170030A (zh) * | 2015-09-29 | 2015-12-23 | 河南飞孟金刚石工业有限公司 | 一种多晶金刚石集中粒度生成的制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0525207B1 (en) | Process for synthesizing diamond | |
| WO2003040062A2 (en) | Low oxygen cubic boron nitride and its production | |
| JP3259384B2 (ja) | ダイヤモンド単結晶の合成方法 | |
| Sumiya et al. | Development of high-quality large-size synthetic diamond crystals | |
| JP4732169B2 (ja) | ダイヤモンド工具および単結晶ダイヤモンドの合成方法 | |
| WO2011146460A1 (en) | Production of large, high purity single crystal cvd diamond | |
| JPH06269654A (ja) | ダイヤモンドの合成方法 | |
| Kubota et al. | Synthesis of cubic and hexagonal boron nitrides by using Ni solvent under high pressure | |
| Singhal et al. | Synthesis of cubic boron nitride from amorphous boron nitride containing oxide impurity using Mg–Al alloy catalyst solvent | |
| JP6192253B1 (ja) | 立方晶窒化ホウ素粒子含有単結晶質ダイヤモンド粒子、およびその製造方法 | |
| JPH07116494A (ja) | 合成ダイヤモンドおよびその製造方法 | |
| Yan et al. | Behaviour of graphite-diamond conversion using Ni-Cu and Ni-Zn alloys as catalyst-solvent | |
| EP0603995A1 (en) | Process for the synthesising diamond single crystals | |
| JPH06165929A (ja) | ダイヤモンド単結晶の合成方法 | |
| JP3282249B2 (ja) | ダイヤモンド単結晶の合成方法 | |
| JP3291804B2 (ja) | ダイヤモンド単結晶の合成方法 | |
| Chuan-Yi et al. | Effect of regrown graphite on the growth of large gem diamonds by temperature gradient method | |
| JPH1114524A (ja) | ダイヤモンド圧子 | |
| JP3259383B2 (ja) | ダイヤモンド単結晶の合成方法 | |
| JP3206050B2 (ja) | ダイヤモンド単結晶の合成方法 | |
| Lin et al. | Synthesis of industrial diamonds using FeNi alloy powder as catalyst | |
| Kanda et al. | B1. 1 High temperature high pressure synthesis of single crystal | |
| JP3205970B2 (ja) | ダイヤモンドの合成方法 | |
| Kanda et al. | Growth hillocks on the “111” surface of high pressure synthetic diamond | |
| Iizuka et al. | Nucleation and growth of diamond using Ni Ti, Ni Nb and Fe B alloy as solvents |