JPH08188497A - 自立性ダイヤモンドの合成方法 - Google Patents
自立性ダイヤモンドの合成方法Info
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- JPH08188497A JPH08188497A JP7169769A JP16976995A JPH08188497A JP H08188497 A JPH08188497 A JP H08188497A JP 7169769 A JP7169769 A JP 7169769A JP 16976995 A JP16976995 A JP 16976995A JP H08188497 A JPH08188497 A JP H08188497A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 CVD堆積法等によるダイヤモンドの作成に
おいて、基材上に堆積させたダイヤモンドを基材と分離
させた後の弓そりを低減させたダイヤモンド合成法を提
供する。 【解決手段】 (a)堆積チャンバーを用意し、(b)
堆積チャンバーの中に堆積面を用意し、堆積面は凹形の
曲面を有し、(c)凹形の堆積面の方向にプラズマを導
き、プラズマは水素と炭化水素を含み、凹形の堆積面上
に合成ダイヤモンドを生成させ、そして(d)凹の堆積
面から合成ダイヤモンドを分離し、自立性のダイヤモン
ドを回収する、各過程を含む実質的に平らな自立性ダイ
ヤモンドの合成方法である。好ましくは、基材の凹形の
曲面が実質的に球形であり、0.5m〜50mの曲率半
径を有し、ダイヤモンドを厚さ100μm以上に堆積さ
せる。
おいて、基材上に堆積させたダイヤモンドを基材と分離
させた後の弓そりを低減させたダイヤモンド合成法を提
供する。 【解決手段】 (a)堆積チャンバーを用意し、(b)
堆積チャンバーの中に堆積面を用意し、堆積面は凹形の
曲面を有し、(c)凹形の堆積面の方向にプラズマを導
き、プラズマは水素と炭化水素を含み、凹形の堆積面上
に合成ダイヤモンドを生成させ、そして(d)凹の堆積
面から合成ダイヤモンドを分離し、自立性のダイヤモン
ドを回収する、各過程を含む実質的に平らな自立性ダイ
ヤモンドの合成方法である。好ましくは、基材の凹形の
曲面が実質的に球形であり、0.5m〜50mの曲率半
径を有し、ダイヤモンドを厚さ100μm以上に堆積さ
せる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は合成ダイヤモンド、
より詳しくは、弓そりを低下させた合成ダイヤモンド、
及びその製造方法に関する。
より詳しくは、弓そりを低下させた合成ダイヤモンド、
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ダイヤ
モンドは、各種の用途に魅力的な多くの特性を有する。
ダイヤモンドは全ての既知の物質の中で最も熱伝導率が
高く、電気絶縁性であり、このため理想的な冷却用放熱
器材料である。他の有用な特性に、非常に高い硬度、熱
安定性、特定の電磁波の優れた透過性がある。しかしな
がら、天然ダイヤモンドは、大きなサイズを必要とする
用途には法外に高価である。
モンドは、各種の用途に魅力的な多くの特性を有する。
ダイヤモンドは全ての既知の物質の中で最も熱伝導率が
高く、電気絶縁性であり、このため理想的な冷却用放熱
器材料である。他の有用な特性に、非常に高い硬度、熱
安定性、特定の電磁波の優れた透過性がある。しかしな
がら、天然ダイヤモンドは、大きなサイズを必要とする
用途には法外に高価である。
【0003】近年、ダイヤモンドの皮膜やコーティング
を得るためのダイヤモンドの合成やダイヤモンドの堆積
のために、数多くの技術が開発されてきた。これらの技
術には、所謂高温高圧法(HPHT)と化学蒸着法(C
VD)がある。CVD法にはプラズマ堆積法があり、炭
化水素と水素を含むプラズマが使用される。公知のプラ
ズマ堆積法のタイプの中に、マイクロ波プラズマ堆積と
プラズマジェット堆積がある。プラズマジェット堆積に
おいて、一般にプラズマの形成に電気アークが使用さ
れ、集束と加速用の磁石を使用して基材の方向にプラズ
マを集束・加速させることができる。例えば、米国特許
第4471003号、同4487162号、同5204
144号を参照することができ、基材の上に合成ダイヤ
モンドを堆積させるために使用することができるプラズ
マジェット堆積のタイプの例が開示されている。
を得るためのダイヤモンドの合成やダイヤモンドの堆積
のために、数多くの技術が開発されてきた。これらの技
術には、所謂高温高圧法(HPHT)と化学蒸着法(C
VD)がある。CVD法にはプラズマ堆積法があり、炭
化水素と水素を含むプラズマが使用される。公知のプラ
ズマ堆積法のタイプの中に、マイクロ波プラズマ堆積と
プラズマジェット堆積がある。プラズマジェット堆積に
おいて、一般にプラズマの形成に電気アークが使用さ
れ、集束と加速用の磁石を使用して基材の方向にプラズ
マを集束・加速させることができる。例えば、米国特許
第4471003号、同4487162号、同5204
144号を参照することができ、基材の上に合成ダイヤ
モンドを堆積させるために使用することができるプラズ
マジェット堆積のタイプの例が開示されている。
【0004】合成ダイヤモンド皮膜は、例えば工具の磨
耗面のような基材の恒久的なコーティングとして、又は
環境的保護コーティングとして堆積させることができ
る。このような皮膜は、一般に比較的薄めの皮膜と扱わ
れる。あるいは、一般に厚め皮膜と扱われる合成ダイヤ
モンドを基材上に堆積させることができ、次いで冷却用
放熱器、光学窓のような用途や工具に使用する1つの
「自立性」物体として、好ましくはそのままで取り出
す。しかしながら、そのような厚め皮膜の取り出しは、
特に面積が大きい場合、問題があることが経験されてい
る。かなりの厚さの高品質の合成ダイヤモンドを堆積さ
せる難しさに加え、基材から無傷でダイヤモンドを分離
する問題がある。基材材料は、一般にダイヤモンドと異
なる熱膨張率、分子構造、化学構造を有する。ダイヤモ
ンド皮膜の接着と成長、及びその分離は、特に使用する
材料、表面の調製、堆積パラメーターに依存することが
ある。ここで、本出願人の米国特許出願第07/973
994号を参照することができ、ダイヤモンド皮膜の早
過ぎる浮き出しを防ぐ助けをし、その適切な無傷の分離
を容易にする特定の基材の粗さを利用した自立性合成ダ
イヤモンド皮膜の作成方法を開示している。この本出願
人の明細書に開示しているように、基材はその方法をさ
らに容易にする中間層(例、窒化チタン)を含むことが
できる。
耗面のような基材の恒久的なコーティングとして、又は
環境的保護コーティングとして堆積させることができ
る。このような皮膜は、一般に比較的薄めの皮膜と扱わ
れる。あるいは、一般に厚め皮膜と扱われる合成ダイヤ
モンドを基材上に堆積させることができ、次いで冷却用
放熱器、光学窓のような用途や工具に使用する1つの
「自立性」物体として、好ましくはそのままで取り出
す。しかしながら、そのような厚め皮膜の取り出しは、
特に面積が大きい場合、問題があることが経験されてい
る。かなりの厚さの高品質の合成ダイヤモンドを堆積さ
せる難しさに加え、基材から無傷でダイヤモンドを分離
する問題がある。基材材料は、一般にダイヤモンドと異
なる熱膨張率、分子構造、化学構造を有する。ダイヤモ
ンド皮膜の接着と成長、及びその分離は、特に使用する
材料、表面の調製、堆積パラメーターに依存することが
ある。ここで、本出願人の米国特許出願第07/973
994号を参照することができ、ダイヤモンド皮膜の早
過ぎる浮き出しを防ぐ助けをし、その適切な無傷の分離
を容易にする特定の基材の粗さを利用した自立性合成ダ
イヤモンド皮膜の作成方法を開示している。この本出願
人の明細書に開示しているように、基材はその方法をさ
らに容易にする中間層(例、窒化チタン)を含むことが
できる。
【0005】解決を必要とするCVD合成ダイヤモンド
堆積の別な問題は、特に堆積させた基材からそれを分離
させた後のダイヤモンド皮膜の変形(弓そり(bowing)又
はカールと称される)である。(堆積表面は、基材やマ
ンドレルのようなその上にダイヤモンドが堆積する任意
の表面である。弓そりは、堆積したダイヤモンドの内部
応力にある程度由来することが認識されている。米国特
許第5270077号は、高温フィラメントダイヤモン
ド堆積法を開示しており、高温フィラメントが炭化水素
と水素の混合ガスを励起して解離し、加熱された基材上
に堆積した合成ダイヤモンドが得られる。この米国特許
第5270077号は、欠陥の成長によるダイヤモンド
コーティングの張力と、コーティングの厚さ及び堆積速
度に比例する内部歪みの成長を示唆している。この特許
は、硬質の基材から取り出したダイヤモンド皮膜の弓そ
り及び/又はクラックの発生によって現れると述べてい
る。取り出した後、曲がった形状に反ることやクラック
の発生によって、ダイヤモンドコーティングの内部の引
張応力を開放する。この特許は、ダイヤモンドコーティ
ングの中の引張応力の開放となる弓そりは、ダイヤモン
ドコーティングを基材から取り出したとき、ダイヤモン
ドコーティングがクラックや破砕の発生なしに平らな形
状になることによって内部の引張応力を開放することが
できるように、凹型の成長面の上にダイヤモンドコーテ
ィングを成長させることによって打ち消すことができる
と示唆している。また、この特許は、ダイヤモンドコー
ティングを基材から取り出したときに応力を開放する変
形の反対の方向に、基材上で湾曲した形状に成長するこ
とができると示唆している。基材の湾曲を、CVDダイ
ヤモンドが成長するときに生成する引張応力に一致させ
ることにより、応力を開放する変形が、基材から取り出
したときの皮膜を平らにすることをこの特許は示唆して
いる。
堆積の別な問題は、特に堆積させた基材からそれを分離
させた後のダイヤモンド皮膜の変形(弓そり(bowing)又
はカールと称される)である。(堆積表面は、基材やマ
ンドレルのようなその上にダイヤモンドが堆積する任意
の表面である。弓そりは、堆積したダイヤモンドの内部
応力にある程度由来することが認識されている。米国特
許第5270077号は、高温フィラメントダイヤモン
ド堆積法を開示しており、高温フィラメントが炭化水素
と水素の混合ガスを励起して解離し、加熱された基材上
に堆積した合成ダイヤモンドが得られる。この米国特許
第5270077号は、欠陥の成長によるダイヤモンド
コーティングの張力と、コーティングの厚さ及び堆積速
度に比例する内部歪みの成長を示唆している。この特許
は、硬質の基材から取り出したダイヤモンド皮膜の弓そ
り及び/又はクラックの発生によって現れると述べてい
る。取り出した後、曲がった形状に反ることやクラック
の発生によって、ダイヤモンドコーティングの内部の引
張応力を開放する。この特許は、ダイヤモンドコーティ
ングの中の引張応力の開放となる弓そりは、ダイヤモン
ドコーティングを基材から取り出したとき、ダイヤモン
ドコーティングがクラックや破砕の発生なしに平らな形
状になることによって内部の引張応力を開放することが
できるように、凹型の成長面の上にダイヤモンドコーテ
ィングを成長させることによって打ち消すことができる
と示唆している。また、この特許は、ダイヤモンドコー
ティングを基材から取り出したときに応力を開放する変
形の反対の方向に、基材上で湾曲した形状に成長するこ
とができると示唆している。基材の湾曲を、CVDダイ
ヤモンドが成長するときに生成する引張応力に一致させ
ることにより、応力を開放する変形が、基材から取り出
したときの皮膜を平らにすることをこの特許は示唆して
いる。
【0006】本発明者らは、米国特許第5270077
号に記載の方向の弓そりは、本発明者らが採用するCV
Dプロセスには一般に生じず、一般にその反対の方向、
即ち、堆積側(基材側ではない)が凸状に曲がる方向に
弓そりが生じることを経験した。本発明者らは、プラズ
マ特にプラズマジェットを用いて合成ダイヤモンドを堆
積させた場合、凹形の堆積面を使用すると、取り外した
後、平らな基材を用いて同様な方法で作成したダイヤモ
ンドに比較して弓そりが低下又は解消したダイヤモンド
が得られることを見出した。驚くべきことに、本発明者
らは、従来技術の例えば米国特許第5270077号で
教示の堆積曲面と正反対の堆積曲面を使用することによ
り、即ち、従来技術の凸の堆積面でなく凹の堆積面を使
用することによって弓そりを低減させる。
号に記載の方向の弓そりは、本発明者らが採用するCV
Dプロセスには一般に生じず、一般にその反対の方向、
即ち、堆積側(基材側ではない)が凸状に曲がる方向に
弓そりが生じることを経験した。本発明者らは、プラズ
マ特にプラズマジェットを用いて合成ダイヤモンドを堆
積させた場合、凹形の堆積面を使用すると、取り外した
後、平らな基材を用いて同様な方法で作成したダイヤモ
ンドに比較して弓そりが低下又は解消したダイヤモンド
が得られることを見出した。驚くべきことに、本発明者
らは、従来技術の例えば米国特許第5270077号で
教示の堆積曲面と正反対の堆積曲面を使用することによ
り、即ち、従来技術の凸の堆積面でなく凹の堆積面を使
用することによって弓そりを低減させる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の態様にしたがう
と、(a)堆積チャンバーを用意し、(b)前記堆積チ
ャンバーの中に堆積面を用意し、この堆積面は凹形の曲
面を有し、(c)凹形の堆積面の方向にプラズマを導
き、プラズマは水素と炭化水素を含み、前記凹形の堆積
面上に合成ダイヤモンドを生成させ、そして(d)凹形
の堆積面から合成ダイヤモンドを分離し、自立性のダイ
ヤモンドを回収するといった各過程を含む合成ダイヤモ
ンドの堆積方法が提供される。
と、(a)堆積チャンバーを用意し、(b)前記堆積チ
ャンバーの中に堆積面を用意し、この堆積面は凹形の曲
面を有し、(c)凹形の堆積面の方向にプラズマを導
き、プラズマは水素と炭化水素を含み、前記凹形の堆積
面上に合成ダイヤモンドを生成させ、そして(d)凹形
の堆積面から合成ダイヤモンドを分離し、自立性のダイ
ヤモンドを回収するといった各過程を含む合成ダイヤモ
ンドの堆積方法が提供される。
【0008】本発明の好ましい態様において、合成され
たダイヤモンドは少なくとも100μmの厚さを有し、
凹形の曲面は実質的に球形であり、その実質的に球形の
堆積面は0.5m〜50mの曲率半径を有する。本発明
のこの他の長所は、次の詳細な説明と添付の図面を参照
することによって明らかになるであろう。
たダイヤモンドは少なくとも100μmの厚さを有し、
凹形の曲面は実質的に球形であり、その実質的に球形の
堆積面は0.5m〜50mの曲率半径を有する。本発明
のこの他の長所は、次の詳細な説明と添付の図面を参照
することによって明らかになるであろう。
【0009】
【実施例及び発明の効果】図1に関し、本発明の1つの
態様の実施に使用することができる型式のプラズマジェ
ット堆積装置200 の図を示す。この装置200 は囲い211
の中に収められ、円筒状の陰極ホルダー294 、棒状の陰
極292 、装入した流体が陰極292 を越えて流れることを
可能にするように陰極に隣接して装着したインジェクタ
ー295 を有するアーク形成部215 を含む。円筒状の陽極
は291 で示している。例示の装置において、装入する流
体は水素とメタンの混合物でよい。陽極291 と陰極292
は、例えば直流電位の電源(図示していない)によって
励起される。参照番号217 で示す円筒状の磁石は、アー
ク形成部で生成したプラズマを制御するために使用す
る。磁石は、プラズマが堆積領域60に達するまで、プラ
ズマを狭い円柱の中に保持する。その中を冷却液が循環
することができる随意の冷却用コイル234 を、磁石の中
に配置することができる。
態様の実施に使用することができる型式のプラズマジェ
ット堆積装置200 の図を示す。この装置200 は囲い211
の中に収められ、円筒状の陰極ホルダー294 、棒状の陰
極292 、装入した流体が陰極292 を越えて流れることを
可能にするように陰極に隣接して装着したインジェクタ
ー295 を有するアーク形成部215 を含む。円筒状の陽極
は291 で示している。例示の装置において、装入する流
体は水素とメタンの混合物でよい。陽極291 と陰極292
は、例えば直流電位の電源(図示していない)によって
励起される。参照番号217 で示す円筒状の磁石は、アー
ク形成部で生成したプラズマを制御するために使用す
る。磁石は、プラズマが堆積領域60に達するまで、プラ
ズマを狭い円柱の中に保持する。その中を冷却液が循環
することができる随意の冷却用コイル234 を、磁石の中
に配置することができる。
【0010】運転において、水素とメタンの混合物をイ
ンジェクター295 に供給し、アーク形成部の前方でプラ
ズマを形成し、堆積領域の方向に加速し、集束させる。
プラズマ形成領域での温度と圧力は、一般にそれぞれ約
1500〜15000℃と約100〜700トールであ
り、堆積領域ではそれぞれ約800〜1100℃と約
0.1〜200トールである。当該技術分野で公知のよ
うに、合成多結晶ダイヤモンドは、メタン中の炭素を選
択的にダイヤモンドとして堆積させ、生成したグラファ
イトはガス化を促進する水素と結合させて飛散させるこ
とにより、前記のプラズマから作成することができる。
プラズマジェット堆積装置のより詳しい説明は、米国特
許第4471003号、同4487162号、同520
4144号を参照することができる。他の型式のCVD
堆積装置を含むこの他の適当な堆積装置を、本願で開示
する本発明の特徴と組み合わせて使用可能であることが
理解されるであろう。
ンジェクター295 に供給し、アーク形成部の前方でプラ
ズマを形成し、堆積領域の方向に加速し、集束させる。
プラズマ形成領域での温度と圧力は、一般にそれぞれ約
1500〜15000℃と約100〜700トールであ
り、堆積領域ではそれぞれ約800〜1100℃と約
0.1〜200トールである。当該技術分野で公知のよ
うに、合成多結晶ダイヤモンドは、メタン中の炭素を選
択的にダイヤモンドとして堆積させ、生成したグラファ
イトはガス化を促進する水素と結合させて飛散させるこ
とにより、前記のプラズマから作成することができる。
プラズマジェット堆積装置のより詳しい説明は、米国特
許第4471003号、同4487162号、同520
4144号を参照することができる。他の型式のCVD
堆積装置を含むこの他の適当な堆積装置を、本願で開示
する本発明の特徴と組み合わせて使用可能であることが
理解されるであろう。
【0011】チャンバーの底部105Aは、基材を装着でき
るベース106 を有し、基材10の上に合成ダイヤモンドを
堆積させる。ベースは温度調節器を含むことができる。
基材は、例えばモリブデン、タングステン、又はグラフ
ァイトでよい。現在のところモリブデン、及び比較的少
量のチタンとジルコニウムを含むTZMのようなモリブ
デン合金が好ましい。例えば本出願人の米国特許出願第
973994号を参照することができ、堆積の間とその
後のダイヤモンドの適当な保持と剥離に関する基材の粗
さの考えを開示しており、また、その上に合成ダイヤモ
ンドを堆積させて最終的に取り出す基材のコーティング
としての窒化チタン層のような中間層(図2に30で例
示)の使用の効果を開示している。基材は、例えば米国
特許第5204144号に開示のように、堆積の間に傾
斜し、回転させることができる。
るベース106 を有し、基材10の上に合成ダイヤモンドを
堆積させる。ベースは温度調節器を含むことができる。
基材は、例えばモリブデン、タングステン、又はグラフ
ァイトでよい。現在のところモリブデン、及び比較的少
量のチタンとジルコニウムを含むTZMのようなモリブ
デン合金が好ましい。例えば本出願人の米国特許出願第
973994号を参照することができ、堆積の間とその
後のダイヤモンドの適当な保持と剥離に関する基材の粗
さの考えを開示しており、また、その上に合成ダイヤモ
ンドを堆積させて最終的に取り出す基材のコーティング
としての窒化チタン層のような中間層(図2に30で例
示)の使用の効果を開示している。基材は、例えば米国
特許第5204144号に開示のように、堆積の間に傾
斜し、回転させることができる。
【0012】平らな堆積面を用いた例において、標的基
材は平らで直径4インチ(102mm)のTZMディス
クであり、堆積の際に傾斜して回転した。図1に大要で
示す型式の装置における堆積条件は次の通りであった。 ・プラズマジェットの角度 15度 ・基材回転数 rpm 2000 ・オフセット 3cm (基材の中心からのジェットの軸) ・堆積温度 900℃ ・電力 37kW ・エンタルピー 46KJ/gH2 ・圧力 13トール ・メタン濃度 0.1% ・水素濃度 残り 約380μmの厚さの合成ダイヤモンドが得られるまで
堆積を続けた。サンプルを冷し、基材から剥がし、堆積
側から見て凸の弓そりを有することが観察された。レー
ザーを用いてこのサンプルを13mmの四角に切断し、
約5.3mmの曲率半径を有することが測定された。
材は平らで直径4インチ(102mm)のTZMディス
クであり、堆積の際に傾斜して回転した。図1に大要で
示す型式の装置における堆積条件は次の通りであった。 ・プラズマジェットの角度 15度 ・基材回転数 rpm 2000 ・オフセット 3cm (基材の中心からのジェットの軸) ・堆積温度 900℃ ・電力 37kW ・エンタルピー 46KJ/gH2 ・圧力 13トール ・メタン濃度 0.1% ・水素濃度 残り 約380μmの厚さの合成ダイヤモンドが得られるまで
堆積を続けた。サンプルを冷し、基材から剥がし、堆積
側から見て凸の弓そりを有することが観察された。レー
ザーを用いてこのサンプルを13mmの四角に切断し、
約5.3mmの曲率半径を有することが測定された。
【0013】次の例において、弓そりを低下させるた
め、凹形の基材を採用した。この例において、凹形の堆
積面を有するTMZ基材を用意した。機械加工と研磨に
より、約5.3mmの曲率半径を有する実質的に球形の
曲面を作成した。先の例と同じ装置と堆積条件を使用し
て堆積を行い、厚さ約380μmの合成ダイヤモンドの
サンプルを得た。レーザーを用いてこのサンプルを13
mmの四角に切断し、50m以上の曲率半径を有するこ
とが測定され、即ち、平らな基材で作成したサンプルよ
りもはるかに平らなサンプルを得ることができた。
め、凹形の基材を採用した。この例において、凹形の堆
積面を有するTMZ基材を用意した。機械加工と研磨に
より、約5.3mmの曲率半径を有する実質的に球形の
曲面を作成した。先の例と同じ装置と堆積条件を使用し
て堆積を行い、厚さ約380μmの合成ダイヤモンドの
サンプルを得た。レーザーを用いてこのサンプルを13
mmの四角に切断し、50m以上の曲率半径を有するこ
とが測定され、即ち、平らな基材で作成したサンプルよ
りもはるかに平らなサンプルを得ることができた。
【図1】本発明の態様に使用できる装置の大要の横断面
図である。
図である。
10…基材 60…プラズマ堆積領域 200…プラズマジェット堆積装置
Claims (12)
- 【請求項1】 (a)堆積チャンバーを用意し、 (b)前記堆積チャンバーの中に堆積面を用意し、前記
堆積面は凹形の曲面を有し、 (c)凹形の堆積面の方向にプラズマを導き、プラズマ
は水素と炭化水素を含み、前記凹形の堆積面上に合成ダ
イヤモンドを生成させ、そして(d)凹の堆積面から合
成ダイヤモンドを分離し、自立性のダイヤモンドを回収
する、各過程を含む実質的に平らな自立性ダイヤモンド
の合成方法。 - 【請求項2】 前記凹形の曲面が実質的に球形である請
求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記実質的に球形な堆積面が0.5m〜
50mの曲率半径を有する請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 前記ダイヤモンドを多数の片に切断する
過程をさらに含む請求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 前記ダイヤモンドを多数の片に切断する
過程をさらに含む請求項3に記載の方法。 - 【請求項6】 前記凹形の堆積面の方向にプラズマを導
く過程が、前記凹形の堆積面の方向にプラズマジェット
を導くことを含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記凹形の堆積面の方向にプラズマを導
く過程が、前記凹形の堆積面の方向にプラズマジェット
を導くことを含む請求項2に記載の方法。 - 【請求項8】 前記凹形の堆積面の方向にプラズマを導
く過程が、前記凹形の堆積面の方向にプラズマジェット
を導くことを含む請求項3に記載の方法。 - 【請求項9】 前記堆積面を用意する過程が、前記堆積
面を有するTZMで作成した基材を用意することを含む
請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 前記堆積面を用意する過程が、前記堆
積面を有するTZMで作成した基材を用意することを含
む請求項3に記載の方法。 - 【請求項11】 前記ダイヤモンドを少なくとも100
μmの厚さに堆積させる請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 前記ダイヤモンドを少なくとも100
μmの厚さに堆積させる請求項3に記載の方法。
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JP (1) | JPH08188497A (ja) |
CA (1) | CA2153184A1 (ja) |
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KR100352985B1 (ko) | 1999-04-30 | 2002-09-18 | 한국과학기술연구원 | 균열이 없고 평탄한 다이아몬드막 합성 방법 |
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GB2510269B (en) * | 2010-12-23 | 2014-11-19 | Element Six Ltd | Substrates for synthetic diamond manufacture and methods of manufacturing synthetic diamond material using such substrates |
GB201021870D0 (en) | 2010-12-23 | 2011-02-02 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
GB201021853D0 (en) | 2010-12-23 | 2011-02-02 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
GB201021855D0 (en) | 2010-12-23 | 2011-02-02 | Element Six Ltd | Microwave power delivery system for plasma reactors |
GB201021860D0 (en) | 2010-12-23 | 2011-02-02 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for diamond synthesis |
GB201021865D0 (en) | 2010-12-23 | 2011-02-02 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
CN103553036A (zh) * | 2013-09-29 | 2014-02-05 | 陈晖� | 一种合成金刚石的电路 |
CN113151801B (zh) * | 2021-03-03 | 2022-12-27 | 电子科技大学 | 一种自支撑悬浮碳膜制备方法 |
CN112996209B (zh) * | 2021-05-07 | 2021-08-10 | 四川大学 | 一种微波激发常压等离子体射流的结构和阵列结构 |
DE102022205081A1 (de) | 2022-05-20 | 2023-11-23 | Universität Augsburg, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Verfahren, Substrat, Vorrichtung und deren Verwendung zur Synthese von ebenen einkristallinen Diamanten |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US4487162A (en) * | 1980-11-25 | 1984-12-11 | Cann Gordon L | Magnetoplasmadynamic apparatus for the separation and deposition of materials |
US4471003A (en) * | 1980-11-25 | 1984-09-11 | Cann Gordon L | Magnetoplasmadynamic apparatus and process for the separation and deposition of materials |
SE442305B (sv) * | 1984-06-27 | 1985-12-16 | Santrade Ltd | Forfarande for kemisk gasutfellning (cvd) for framstellning av en diamantbelagd sammansatt kropp samt anvendning av kroppen |
US4900628A (en) * | 1986-07-23 | 1990-02-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gaseous phase synthesized diamond and method for synthesizing same |
JP2603257B2 (ja) * | 1987-06-05 | 1997-04-23 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド多層薄膜 |
JPH0757039B2 (ja) * | 1988-05-09 | 1995-06-14 | 株式会社ケンウッド | 音響用振動板及びその製造法 |
US5006203A (en) * | 1988-08-12 | 1991-04-09 | Texas Instruments Incorporated | Diamond growth method |
US4988421A (en) * | 1989-01-12 | 1991-01-29 | Ford Motor Company | Method of toughening diamond coated tools |
GB8912498D0 (en) * | 1989-05-31 | 1989-07-19 | De Beers Ind Diamond | Diamond growth |
CA2034440A1 (en) * | 1990-02-13 | 1991-08-14 | Thomas R. Anthony | Cvd diamond workpieces and their fabrication |
DE69112465T2 (de) * | 1990-03-30 | 1996-03-28 | Sumitomo Electric Industries | Polykristallines Diamantwerkzeug und Verfahren für seine Herstellung. |
US5260106A (en) * | 1990-08-03 | 1993-11-09 | Fujitsu Limited | Method for forming diamond films by plasma jet CVD |
US5124179A (en) * | 1990-09-13 | 1992-06-23 | Diamonex, Incorporated | Interrupted method for producing multilayered polycrystalline diamond films |
US5310512A (en) * | 1990-11-15 | 1994-05-10 | Norton Company | Method for producing synthetic diamond structures |
JP3028660B2 (ja) * | 1991-10-21 | 2000-04-04 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 |
US5314540A (en) * | 1991-03-22 | 1994-05-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Apparatus for forming diamond film |
US5365345A (en) * | 1991-04-10 | 1994-11-15 | Santa Barbara Research Center | Infrared transmitting window and method of making same |
US5204144A (en) * | 1991-05-10 | 1993-04-20 | Celestech, Inc. | Method for plasma deposition on apertured substrates |
US5183689A (en) * | 1991-07-15 | 1993-02-02 | Cvd, Inc. | Process for an improved laminated of znse and zns |
US5270077A (en) * | 1991-12-13 | 1993-12-14 | General Electric Company | Method for producing flat CVD diamond film |
US5314652A (en) * | 1992-11-10 | 1994-05-24 | Norton Company | Method for making free-standing diamond film |
-
1994
- 1994-07-05 US US08/270,656 patent/US5587124A/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-07-01 EP EP95201797A patent/EP0695816B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-07-01 DE DE69506331T patent/DE69506331T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-07-04 CA CA002153184A patent/CA2153184A1/en not_active Abandoned
- 1995-07-05 JP JP7169769A patent/JPH08188497A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0695816B1 (en) | 1998-12-02 |
DE69506331D1 (de) | 1999-01-14 |
EP0695816A1 (en) | 1996-02-07 |
CA2153184A1 (en) | 1996-01-06 |
DE69506331T2 (de) | 1999-08-12 |
US5587124A (en) | 1996-12-24 |
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