JPS60122794A - ダイヤモンドの低圧気相合成法 - 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】 本発明は、低圧ダイヤモンド気相合成法の改良にかかわ
るものである。

従来ダイヤモンドは鉄族金属、特にＮｉ等の触られてい
る。

ｌ）熱電子放射材による熱分解により励起すＪ【た炭素
を作りダイヤモンドを合成１−る。

２）プラズマを用い、炭化水Ｉをプラズマで励起してダ
イヤモンドを合成１−る。

しかしいＩ′れの方法も、現時点では大きい反応ゾーン
なとれた”い（大型化しに（い）という欠点を持ってい
る。

１）の熱分解方法は装置がｆＩＨＨ単であるが、反応ゾ
ーンが竹に小さいという欠点／／４、−って℃・る。こ
れは熱電子放射材に、Ｌつて励起され、活性化状態にあ
る炭化水素と水素の活ｆＩ化状態の寿命が短かく、熱′
電子放射材と基体との間に、ダイヤモンド生成のために
最適な距離が必要であり、かつ、この距離範囲（すなわ
ち反応ゾーン）が非常に狭いという理由によるものであ
る。このため、反応ゾーンを大きく取ることが必要な工
業化において大きな障害となっていた。

一方、（２）の外部、あるいは内部に高周波な印荷して
プラズマを発生させる方法及び（４）のマイクロ波を導
入してプラズマを発生させる方法は、いずれも反応炉中
のプラズマの状態を均一に制御することが困難であり、
贅に、工具類、耐摩耗部拐といった様々の形状のものを
コーティングしようとする場合、なかなか均一なコーテ
ィング層を得られ難いという問題点があり、まだ工業化
の段階までいたっていない。

柚だ（３）の方法は、°蒸着速度が遅い上に、アトモル
ファス構造の膜を生成し易く、今のところ明確なダイヤ
モンド膜を生成したと言う報告はない。

本発明者らは、これらの問題、特に（１）の熱電子放射
材方式の欠点を改良すべく、鋭意検討を１（ねたところ
、上記問題点を解決しうる方法を見い出した。

即ち、直流電界放電によって、プラズマを発生せしめた
炉中に、炭化水素と水素の混合ガスを０，１〜Ｉ　Ｏｌ
、’ｏ　ｒ　ｒになるように調整してダ７人し、加熱し
た熱電子放射により活性化した後、３００℃から１１０
０℃に加熱した基体に流し、ダイヤモンドを基体表面上
に反応生成させることにより、基体表面全面に安定して
ダイヤモンド膜が生成すること及び、均一に反応するゾ
ーンが従来に比較して１０倍以にになることを見い出し
たものである。この理由は明確ではないが、活性化され
た状態にある炭化水４・ガスや水素ガスの寿命が炉内に
プラズマ状態を生成せしめることによって延長さ才］る
、寸なわち前記ガスが長時間活性状態を保持し畳面付近
に均一に生成するため、先に述べた高周波プラズマの欠
点でル）つたプラズマ状態の不均一性に起因する問題点
もなく、良好なつき回り、付着強度のものを得ることが
できる。

炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、グロパ／、ブ
タン等のパラフィン系炭化水素をはじめ、オレフィン系
、アセチレン系、ジオレフィン系、炭化水素系等々の全
ての炭化水素を利用しつる。炭化水素に対するＩＩ２ガ
スの比率は５〜１０００で、５以下ではグラファイトが
析出し、ｌ０００以Ｊ二ではダイヤモンドは生成しない
。

熱電子放射材としては、Ｗ、　Ｔａ、　Ａｌｏ等のフィ
ラメントがよいっ熱電子放射シの表面温１ｙは１２００
℃以上がよく、この温度以下ではダイヤモンドは生成し
ｔＣｕ・。

好ｒトシ＜は１５００℃以−ヒがよい。

又、基体の表面４．１１度は３００℃以下、１１００℃
以りではダイヤモンドが生成しない。

炉内圧力は０．０１Ｔｏｒｒ−１００Ｔｏｒｒが望まし
い。

次に本発明を実施する装置する装置り図１に示ずつ ■によって基体を加熱し、（６）によって負の白波電界
をかげて放電−１４Ｌめる。直流電解は基体が導電性物
質の場合、基体にも負のミツ＋ＩＩ（がかかり、グロー
放電を生ずる。放電は、熱電子放射材があるたｙ）牛じ
易く、真空度）ｉＺもしるが一２５０Ｖ　＃、度カラ生
シＺ＋。−５ｏｏｖ　以１　（ｔ・ムーると、スバツメ
ーの効果や水素を膜中に１．ｌＶり込んでアモルファス
化し易くなるため好ましくない、陽極は反応管が金属製
の場合を１反応管であるが、石莢等の絶縁物の場合は別
に設ける必要がある。（秒は炉内圧力の制御用として作
用せしめる。■の炉は基体加熱用で；Ｉ；・るが基体表
面はフィラメントによって加執さ才するのでなくてもよ
し・場合がル、４つ 以１に実施例を、示す。

（実施例１＞ ＷＣ−６％ＣＯ超硬合金を基体として炉内に装］、し、
反応ガスとして１１□ガスをＩ　０００ｃｃ／分、Ｃ１
１４を１００ｃｃ／分の流量で入れ、炉内月−力かＩＴ
ｏｒｒになるように調整した。

放電は３００Ｖ　１５　Ｘ　ｌ　ＯＡｍｐとして炉内に
グロー放電を発生せしめた。

熱し、Ｌｔ度を６（１０℃として４時間反応を行った。

面に出来ていた。これを電子Ａ？１ｉｉｉ１．ｔｌ’ｒ
ならびにレーザーラマン分光分析で分析したところダん
は生成されなかった。放電のない條件では中央部にのみ
ダイヤモンドが生成した。また、反応ゾーンの広さを調
べたところ、本装置では熱電子放射材より距離が３０ｍ
から１３０ｍ＋の範囲内で均一にコーティングされたの
に対し、放電のない条件ではｌ−から２０咽の範囲しか
均／ Ｖ　＝＝　５００ｒｒｉ／ｍｎ、１（＝Ｏ１ｌＩＩＩＩ
ｌ吟ｒｅｖ１、を二１．ｏｍＩＩ、　Ｔ＝　１５分の條
件で切削したところ、０．０５１１ＩＩＩ＋の逃げ面摩
耗と溶着が発生した。

多結晶ダイヤモンド焼結体を炉内に装入し混合ガスとし
て７００ｃｃ／分、Ｃ１ｌ、ガスを７０ｃｃ／分υ）流
量で導入し、炉内圧力が０．５Ｔｏ　ｒ　ｒになるよう
の膜が全面生成しており、ピッカス圧Ｊでマークがつか
ないほど硬い膜となっていた。電子線回折ならびにレー
勺−ノーンン分九分引でダイヤモンドのピークが得られ
た。

放電していない條件でダイヤモンド膜の生成を行ったと
ころ、基体コーナ一部には膜が生成していなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様をノｊ＜す図である。。 ■はフィラメント（熱電子放射材）、■は基体、■は基
体支楠台、■は反応炉、■は加熱炉、■は電極、■はガ
ス管、■は排気装置、■は炭化水素供給装置、■は水素
供給装置、０〜（１荀は弁である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭化水素と水素の混合ガスを、直流電解放電によってプ
   ラズマを発生せしめた炉中に、全圧がＯ１〜ｌ　ＯＴｏ
   　ｒ　ｒとなるように調整して導入し、熱電子放射材に
   よって活性化した後、３０ｆｆｃ〜１１００℃に加熱さ
   れた基体に接触せしめ、ダイヤモンドな基体上に反応生
   成せしめることを特徴とするダイヤモンドの低圧合成法
   。