JPS593100A - 棒状ダイヤモンド単結晶及びその製造法 - Google Patents

棒状ダイヤモンド単結晶及びその製造法

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JPS593100A
JPS593100A JP57110398A JP11039882A JPS593100A JP S593100 A JPS593100 A JP S593100A JP 57110398 A JP57110398 A JP 57110398A JP 11039882 A JP11039882 A JP 11039882A JP S593100 A JPS593100 A JP S593100A
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    • B01J2203/068Crystal growth

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】 本発明は断面が円形、多角形などの異形状を有する棒状
ダイヤモンド単結晶とその製造法に関するものである。
岩石を掘削するビットや研削砥石の修正加工を行うドレ
ッサーの刃先材料としてあらゆる物質の中で最も高い硬
度を有するダイヤモンドが利用されている。これらの工
具に用いられるダイヤモンドの大きさは概略1馴以上の
ものが必要とされ、現在は工業的規模で生産されるに至
っていない為天然品の所謂ポーラと称されるものが使用
されている。
ダイヤモンドの耐摩耗性は結晶の面方位によって大幅に
変わることが知られており、これら工具に使用する場合
には面方位の選択が重要な問題となっている。ところで
天然のダイヤモンドは産出過程で溶解作用を受ける為に
自形を有することが少く、一般に丸味を帯び、溶解の程
度に応じて種々雑多な形状を呈する。その為結晶の面方
位を決定し、工具として良好な使用方向にするには相当
な熟練作業を要しているのが現状である。
本発明の目的の一つは、これらの工具に適した形状のダ
イヤモンドを提供することにあり、他の一つはダイヤモ
ンドの新規な表面状態を提供するこ、とにより工具支持
体への接合強度を高めることにある。
本発明による棒状ダイヤモンド単結晶はその長さ方向に
対して予め面方位を選択して合成できるので上述の如き
面方位の選択は不要であり、工具として良好な面方位を
容易に決定できる長所を有する。それと共にすりガラス
状の凹凸を有する表面状態を呈し、その表面積か広いが
為工具支持体に傾ケもしくは焼結マウントされる場合、
平滑な面を有する天然ダイヤモンドよりも接合強度が増
大し、使用中にダイヤモンドが工具支持体から脱落する
ということがなくなるという長所も有する。
第10図、11図、12図に本発明の棒状ダイヤモンド
単結晶を示す。各図はそれぞれ断面が円形、三角形、多
角形であるものの概略説明図であり、図面上点で示した
ものは表面のすりガラス状の凹凸状態を模式的に説明す
るものである。(10)はすりガラス状の凹凸表面を示
す。
これらの凹凸状態を定量的に表現する事は困難であるが
光学的に規定するならば乱反対により透過が不可能な程
度の凹凸状態と言うことができる。
以下図面に従ってこの様な特徴を有する棒状ダイヤモン
ド単結晶及びその製造法について説明する。
第1図は自形を有する大型ダイヤモンド単結晶の既知の
製造法を示すものである。ダイヤモンド種結晶(1)、
溶媒金属(2)、炭素供給源(3)が円筒状黒鉛ヒータ
ー(5)の内部に環装圧力媒体(4)を介して積層配置
される。この場合軸方向に自然に形成される温度勾配を
利用するべく高温である中央部に炭素供給源を、低温で
ある下端部に種結晶を配置する。これらをパイロフィラ
イト等の圧力媒体シリンダー内に配置し、超高圧高温装
置に収納し、所定の圧力まで加圧した後ヒーター(5)
を通じて加熱する。
そうすると炭素供給源と種結晶の間で温度差が発生しこ
れKよシ炭素原子が炭素供給源から種結晶へと輸送され
種結晶上にダイヤモンドとなって成長する。従って成長
したダイヤモンド(7)は種結晶(1)の溶媒金属と接
する面の面方位と同一の面方位を保って成長してゆく。
即ち種結晶の面が(100)面であれば成長したダイヤ
モンド(7)の頂面ば<ioo>となり、<iil>面
であれば<111〉面となる。
このような既知の製造法では、溶媒金属として通常成長
するダイヤモンドの大きさ以上の直径のものが使用され
る為成長したダイヤモンドは平滑な面を有する自形のも
のが得られる。
本発明は、溶媒金属の直径を成長するダイヤモンドの大
きさ以下に制限した場合には、その外形が溶媒金属と同
一の形状を有すると共にその外表面が新規かつ工業的に
有用な表面状態を呈することを発見した事によるもので
ある。
第2図は本発明の実施態様の一つである円柱状のダイヤ
モンド単結晶を1箇合成する場合を示したものである。
この様な場合には溶媒金属(8)は円柱状の足をもった
形状に加工されたものが使用される。第4図はその平面
図である。この様な試料構成体を超高圧高温装置に装填
し、所定の圧力まで加圧した後加熱し一定時間保持する
と、第10図に示される棒状ダイヤモンドが合成される
また第11図及び第12図に示される三角形状の断面形
状及び四角形状の断面形状を有する棒状ダイヤモンドを
合成するには第5図並びに第6図の平面図で示される形
状の溶媒金属を使用すれば良い。゛又第3図は1回に多
数個の棒状ダイヤモンドを合成する場合を示したもので
あり、溶媒金属(9)は第7図、第(8)図、第9図に
示される形態のものが使用される。
これらの断面形状を有する棒状ダイヤモンドを製造する
には溶媒金属の太さの選定が重要である。
即ちダイヤモンドの成長速度が早い時には比較的等断面
積直径−が大きくてよいが、成長速度が遅い様な条件で
行う場合にはそれに応じて等断面積直径を小さくする必
要がある。
この様な場合に等断面積直径が大きな溶媒金属を使用す
ると溶媒金属の断面形状を有せず表面が平滑で自形を有
するダイヤモンドが成長し棒状とならなくなる。成長速
度に応じた適切な等断面積直径が存在する。
実験によると成長速度が1〜3 mg/Hの場合にはl
径が3馴以下が好適でおり、4〜5 、Qg /Hの場
合には直径が4+++m以下が好ましい。通常成長速度
が5 、、g / Hを越えると合成されたダイヤモン
ドに不純物として溶媒金属が多量に含有され、工具支持
体に接合する時や使用中にダイヤモンドが割れ使用に耐
えなくなる。この為成長速度は5 mg / H以下で
あることが好ましいので合成に使用する溶媒金属の等断
面積直径は概略4朋以下がよい。この様にして合成され
た棒状ダイヤモンドは通常等断面積直径の少くとも1.
5倍以上の長さを有するのが特徴である。
溶媒金属の材質は公知のものが使用される。即ちI’e
 、 Ni 、 Co及びこれらを主成分とする合金で
、合金元素としてこの他にCr 、 MM 、 AA 
、Ti 、 Zr 、 B等の元素を含有してもよい。
ダイヤモンド結晶合成の為の炭素供給源(第1図の3)
は純粋な黒鉛またはダイヤモンドの粉末あるいはこれ等
の混合物を用いる。、なおダイヤモンド合成の条件は種
結晶部および炭素供給源のいずれもが、ダイヤモンドが
安定な圧力、温度条件内にちり、且つ用いる溶媒金属と
炭素の共晶点以上にあることが必要条件で種結晶部と炭
素供給源との温度差は10〜50℃の範囲に保つと良好
な結晶が得られる。
以下実施例により本発明を具体的に述べる。
(実施例1.) 第2図に示した試料構成を用いた。種結晶(1)として
人工合成で得られた30/40メツシユの大きさのもの
を用いた。溶媒金属と接する面として(100>面を選
んだ。溶媒金属(8)として58Fe−42Niの合金
を用い、第4図に示す様な円形の足をもつ形状に加工し
た。その直径は2mmとし、足の長さを4Mとし上部円
板状の寸法としては直径7mm、厚さ1mとした。その
上に分光分析用黒鉛粉末160mVと粒度325/4o
oメツシユの人工合成ダイヤモンド粉末240myとを
混合し、直径7rwn、厚さ4mの円板状に型押したも
のを炭素供給源(3)として使用した。これらを環装圧
力媒体(4)の中に配置し、黒鉛製円筒状ヒーター(5
)とパイロフィライト製圧力媒体(6)とで試料構成体
を作成した。これらの試料構成体を超高圧高温装置を用
いてダイヤモンドが安定な圧力まで加圧し、54Kbの
圧力を加え、次いでヒーター15)K通電加熱し、温度
1420℃の条件で20時間保持した。温度、圧力の順
で解除し、試料を回収したところ直径2wn、長さ約3
.5咽の円柱状ダイヤモンドが合成された。重量は約3
0■であり、その外周表面はすりガラス状の結晶と同じ
<10.0>であった。
(実施例2.) 溶媒金属としてFe−5Atの合金を用い、形状として
は第5図の様にL辺が2鴫の正三角形の足とした。種結
晶の面は<111>面を選択した。
圧力、温度条件は56Kb、1480℃とし15時間保
持した。その他の条件は実施例1と同一の条件で行った
。得られたダイヤモンドは第11図の如き三角形の断面
を有する棒状ダイヤモンドであり、その長さは約3rr
aであった。その重量は約151ngであり、外表面は
凹凸状態を有し不透明であった。合成された結晶の面方
位をX線回折で調べた所三角柱の底面が<111>であ
った。
(実施例3.) 第3図に示す試料構成を用いた。溶媒金属(9)として
純Niを用い、形状は一辺が21n1nである正方形状
で長さが5.5 wnである足を4本作成し、直径7朋
、厚さ1朋の円板と積み重ね、第9図に示される配置と
した。それぞれの足の下面に種結晶(1)として30/
40メツシユサイズのダイヤモンドを各々1箇配置した
。2箇は<ioo>面他の2箇は<111>面を種結晶
の面とした。圧力、温度条件は56Kb、1400℃と
し25時間保持した。その他は実施例1と同一条件とし
た。
第12図で示される様な正方形の断面を有する棒状ダイ
ヤモンドが4本得られた。4本のうち2本は約5rrr
Inの長さであり、他の2本は約6.5訓であった。そ
れぞれの重量は約70mf、約50〜であった。長さの
長い方の結晶方位を同定した所底面が<、100>面で
あり、長さの短い方の底面が<110面でちった。
【図面の簡単な説明】
第1図は自形を有する大型ダイヤモンド単結晶を合成す
る為に使用される従来の試料構成を示す縦断面図。第2
図及び第6図は本発明の棒状ダイヤモンドを合成するの
に使用される試料構成を示す縦断面図で、第2図は1回
に1個めダイヤモンドを得る場合、第3図は1回に多数
個のダイヤモンドを得る場合のものである。第4図、第
5図、第6図は第2図で使用される溶媒金属の形状を説
明する為の平面図、第7図、第8図、第9図は第3図で
使用される溶媒金属の形状を説明する為の平面図、第1
0図、11図、12図は本発明の棒状ダイヤモンドを模
式的に示す説明図である。 (1)・・・種結晶ダイヤモンド、 (2) 、(8) 、(9)・・・溶媒金属、(3)・
・・炭素供給源、(4)・・・環装圧力媒体、(5)・
・・黒鉛ヒーター、(6)・・・パイロフィライト圧力
媒体、(和)・・・すりガラス状の凹凸表面 代理人 弁理士  吉 竹 昌 司j゛″・艷オ 1 

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)断面形状が円形、多角形もしくは星形等の異形状
    を有すると共に、その等断面積直径に対して少なくとも
    1.5倍以上の長さを有し、かつその長さ方向が<11
    D方向又は<100)方向もしくは<110>方向でち
    り、その表面がすりガラス状の凹凸を有することを特徴
    とする棒状ダイヤモンド単結晶。
  2. (2)炭素供給源及びこれと接して配置された溶媒金属
    及び種結晶からなるダイヤモンド合成反応°系をダイヤ
    モンドが熱力学的に安定な高圧高温下・にもたらし該反
    応系を収容する反応室内に適切な温度勾配をつけ、溶媒
    金属の炭素供給源と接する方の位置が高温に、種結晶と
    接する方の位置が低温になる様に加熱し、溶媒金属を媒
    体として炭素を高温部から低温部に輸送させ、該温度勾
    配による炭素の溶媒金属への溶解度差を利用して炭素を
    ダイヤモンドとして種結晶上に析出させかつ成長させる
    方法に於いて、溶媒金属の断面の形状が、目的とする棒
    状ダイヤモンドの断面形状と同一形状であり、その長さ
    が等断面積直径の少なくとも1.5倍以上である様な溶
    媒金属を使用し溶媒金属と接して配置されるダイヤモン
    ド種結晶の面が<1ii>面又は<ioo>面もしくは
    <110>面であることを特徴とする棒状ダイヤモンド
    単結晶の製造法。
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DE8383106198T DE3373788D1 (en) 1982-06-25 1983-06-24 Diamond single crystals, a process of manufacturing and tools for using same
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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