JPS6137205B2 - - Google Patents
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- JPS6137205B2 JPS6137205B2 JP53062806A JP6280678A JPS6137205B2 JP S6137205 B2 JPS6137205 B2 JP S6137205B2 JP 53062806 A JP53062806 A JP 53062806A JP 6280678 A JP6280678 A JP 6280678A JP S6137205 B2 JPS6137205 B2 JP S6137205B2
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- Japan
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1409—Abrasive particles per se
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/128—Proton bombardment of silicon
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ダイヤモンドの強化方法特に天然又
は合成ダイヤモンドの摩耗抵抗及び／又は硬さを
改良する方法に係る。
は合成ダイヤモンドの摩耗抵抗及び／又は硬さを
改良する方法に係る。
本発明は、ダイヤモンド（好ましくは天然ダイ
ヤモンド）を強化する方法を提供するものであ
る。本発明方法は、ダイヤモンドに侵入するのに
十分なエネルギーを有するイオンをダイヤモンド
に衝突せることから成る。本発明方法は、前記衝
突中ダイヤモンド結晶構造が保持される温度で実
施される。
ヤモンド）を強化する方法を提供するものであ
る。本発明方法は、ダイヤモンドに侵入するのに
十分なエネルギーを有するイオンをダイヤモンド
に衝突せることから成る。本発明方法は、前記衝
突中ダイヤモンド結晶構造が保持される温度で実
施される。
天然ダイヤモンドは微小裂開の作用により摩減
する。本発明方法は、ダイヤモンドに一般に放射
線損傷と呼ばれるもののうち、転位網の発生と思
われるものによつてダイヤモンドの結晶を強化
し、それによつて微小裂開を防止し、ダイヤモン
ドの摩耗抵抗を改良するものである。また、本発
明方法はダイヤモンドの硬さをも改良することが
できる。
する。本発明方法は、ダイヤモンドに一般に放射
線損傷と呼ばれるもののうち、転位網の発生と思
われるものによつてダイヤモンドの結晶を強化
し、それによつて微小裂開を防止し、ダイヤモン
ドの摩耗抵抗を改良するものである。また、本発
明方法はダイヤモンドの硬さをも改良することが
できる。
本発明方法で処理した天然ダイヤモンドに引つ
かきかたさ試験及び研磨試験をすれば、未処理ダ
イヤモンドに比べ、本発明方法で処理したダイヤ
モンドは、機械的研磨を加えた場合により多くの
時間が磨きにかかり、ダイヤモンドけがき
（diamond scribe）に対し著しく改良された擦過
抵抗を有することが判明した。
かきかたさ試験及び研磨試験をすれば、未処理ダ
イヤモンドに比べ、本発明方法で処理したダイヤ
モンドは、機械的研磨を加えた場合により多くの
時間が磨きにかかり、ダイヤモンドけがき
（diamond scribe）に対し著しく改良された擦過
抵抗を有することが判明した。
衝突に使用するイオンの種は重要でない。
即ち、炭素イオンでもよいし、炭素イオン以外
の他のイオン例えば水素陽イオンでもよい。知ら
れているおり天然ダイヤモンドは0.25パーセント
までの窒素を含有し得るので、窒素イオンも適当
である。重要なことは、選択したイオンが照尺損
傷を生起する際ダイヤモンドに及ぼす影響であ
る。酸素はダイヤモンドから炭素原子を除去し得
るので好ましくない。非常に重いイオンもまた好
ましくない。何故ならば、適当なエネルギーでも
それらは所要の厚さの強化層を生起するには不十
分な範囲であるからである。イオンの照射量は極
めて少なく、例えば10KeVまでのエネルギーをも
つプロトンの場合は1016〜1018／cm2の範囲であ
り、衝突によつて注入された種はダイヤモンドに
重要な影響を及ぼさない。例えば炭素イオンを使
用した場合、全照射量は、1018イオン／cm2の全て
の照射量がダイヤモンドの成長に寄与すると仮定
した場合でも、高々300モノレイヤー（約0.5μ
ｍ）に相当するダイヤモンドの極微の成長がある
ような程度である。しかし乍らプロトンを使用す
ることが最も有利であり、この場合注入された水
素がダイヤモンドの特性に対したいした影響を及
ぼさないように条件が選択される。プロトンは低
コストの装置で処理され、ダイヤモンド中への比
較的大きな侵入を達成し、一層厚い強化層を形成
する。
の他のイオン例えば水素陽イオンでもよい。知ら
れているおり天然ダイヤモンドは0.25パーセント
までの窒素を含有し得るので、窒素イオンも適当
である。重要なことは、選択したイオンが照尺損
傷を生起する際ダイヤモンドに及ぼす影響であ
る。酸素はダイヤモンドから炭素原子を除去し得
るので好ましくない。非常に重いイオンもまた好
ましくない。何故ならば、適当なエネルギーでも
それらは所要の厚さの強化層を生起するには不十
分な範囲であるからである。イオンの照射量は極
めて少なく、例えば10KeVまでのエネルギーをも
つプロトンの場合は1016〜1018／cm2の範囲であ
り、衝突によつて注入された種はダイヤモンドに
重要な影響を及ぼさない。例えば炭素イオンを使
用した場合、全照射量は、1018イオン／cm2の全て
の照射量がダイヤモンドの成長に寄与すると仮定
した場合でも、高々300モノレイヤー（約0.5μ
ｍ）に相当するダイヤモンドの極微の成長がある
ような程度である。しかし乍らプロトンを使用す
ることが最も有利であり、この場合注入された水
素がダイヤモンドの特性に対したいした影響を及
ぼさないように条件が選択される。プロトンは低
コストの装置で処理され、ダイヤモンド中への比
較的大きな侵入を達成し、一層厚い強化層を形成
する。
衝突に使用するイオンのエネルギーは、勿論ダ
イヤモンド中へ侵入し得るに十分なものでなけれ
ばならない。例えば1KeV〜10MeVの範囲であ
る。
イヤモンド中へ侵入し得るに十分なものでなけれ
ばならない。例えば1KeV〜10MeVの範囲であ
る。
本発明方法で生起される転位がダイヤモンド結
晶中全体に存在することは必要でない。例えば
10KeV〜100KeVの衝突の如き比較的低エネルギ
ー衝突を使用した場合、ダイヤモンドの結晶表面
下100Å〜１μｍの厚さの転位が形成され、ダイ
ヤモンド表面に硬い“スキン”が形成される。衝
突によりダイヤモンド結晶中全体に転位を生起す
ることが必要ならば、より高いエネルギーが必要
である。
晶中全体に存在することは必要でない。例えば
10KeV〜100KeVの衝突の如き比較的低エネルギ
ー衝突を使用した場合、ダイヤモンドの結晶表面
下100Å〜１μｍの厚さの転位が形成され、ダイ
ヤモンド表面に硬い“スキン”が形成される。衝
突によりダイヤモンド結晶中全体に転位を生起す
ることが必要ならば、より高いエネルギーが必要
である。
衝突を継続実施して飽和転位密度が得られると
衝突を止める。実際注入イオンの全照射量は、不
純物としての影響が顕著になる点よりも少なくあ
るべきである。イオンがプロトンの場合、1018／
cm2を超える投与量は表面ぶくれを生起する。炭素
イオン衝突は何ら不純物を導入しない。また一定
レベルの窒素は、上述した如く許容し得る。
衝突を止める。実際注入イオンの全照射量は、不
純物としての影響が顕著になる点よりも少なくあ
るべきである。イオンがプロトンの場合、1018／
cm2を超える投与量は表面ぶくれを生起する。炭素
イオン衝突は何ら不純物を導入しない。また一定
レベルの窒素は、上述した如く許容し得る。
本発明方法が実施される温度は重要である。何
故ならば、温度が結晶構造を維持するに足る十分
高い温度例えば少なくとも500℃でなければ、ダ
イヤモンドのイオン衝突が無定形の形成及び表面
の軟化をもたらすからである。しかし乍らダイヤ
モンドが高温度でイオン衝突を受けると、転位構
造が極めて粗いものとなる可能性及びダイヤモン
ドが黒鉛化し始める可能性があり、その結晶構造
を失うことになる。それ故この高温度を超えない
ことが重要である。ダイヤモンドが黒鉛化する温
度は、ダイヤモンドの純度に依存し、簡単な実験
で確かめられる。本発明方法を実施する代表的な
温度及び上述した悪い影響を避ける温度は、約
800℃である。温度の好ましく上限値は1000℃で
ある。いずれの場合に於いても黒鉛化温度を超え
てはならない。
故ならば、温度が結晶構造を維持するに足る十分
高い温度例えば少なくとも500℃でなければ、ダ
イヤモンドのイオン衝突が無定形の形成及び表面
の軟化をもたらすからである。しかし乍らダイヤ
モンドが高温度でイオン衝突を受けると、転位構
造が極めて粗いものとなる可能性及びダイヤモン
ドが黒鉛化し始める可能性があり、その結晶構造
を失うことになる。それ故この高温度を超えない
ことが重要である。ダイヤモンドが黒鉛化する温
度は、ダイヤモンドの純度に依存し、簡単な実験
で確かめられる。本発明方法を実施する代表的な
温度及び上述した悪い影響を避ける温度は、約
800℃である。温度の好ましく上限値は1000℃で
ある。いずれの場合に於いても黒鉛化温度を超え
てはならない。
本発明方法の適用は以下の如く例示される。ダ
イヤモンドグリツト、針の如きダイヤモンドニー
ドル、微小硬度計圧子（micro―hardness
inentter）及びドリルビツトなどの表面処理であ
る。勿論、本発明方法はダイヤモンドパウダーの
処理にも使用され得る。該パウダーは例えば開口
したカツプ中で振動されている間に衝突されると
有利であり、その結果パウダーの全表面が処理さ
れることになる。
イヤモンドグリツト、針の如きダイヤモンドニー
ドル、微小硬度計圧子（micro―hardness
inentter）及びドリルビツトなどの表面処理であ
る。勿論、本発明方法はダイヤモンドパウダーの
処理にも使用され得る。該パウダーは例えば開口
したカツプ中で振動されている間に衝突されると
有利であり、その結果パウダーの全表面が処理さ
れることになる。
本発明を以下実施例に基づき説明する。
実施例 １
ダイヤモンド双晶に、マスクを介して100KeV
のプロトンを800℃で1016プロトン／cm2の照射量
で照射した。２Kgの一定荷重でダイヤモンドけが
きを該双晶上に行なつた。遮閉された面のみが引
つかき傷を受けていた。このことからプロトン衝
突の有益な効果の存在が確認された。
のプロトンを800℃で1016プロトン／cm2の照射量
で照射した。２Kgの一定荷重でダイヤモンドけが
きを該双晶上に行なつた。遮閉された面のみが引
つかき傷を受けていた。このことからプロトン衝
突の有益な効果の存在が確認された。
実施例 ２
ダイヤモンド双晶表面の一部分に、60KeVのプ
ロトンを600℃で５×1016プロトン／cm2の照射量
で照射した。次いで、120r.p.mで回転するプラ
チナホイール（直径0.21μｍ）を使用て200gの荷
重を負荷する摩耗による摩耗速度試験をダイヤモ
ンドに行なつた。衝突された前記ダイヤモンドの
部分は、3000分の潜伏期間後、５×10-10cm2／分
の直線型容量摩耗速度を示した。ダイヤモンドの
照射部分は、更にテストを続けると小さな初期摩
耗を示したが、極めて遅い摩耗速度、すなわち非
照射部分の摩耗の大きさよりも小さい摩耗が認め
られた。
ロトンを600℃で５×1016プロトン／cm2の照射量
で照射した。次いで、120r.p.mで回転するプラ
チナホイール（直径0.21μｍ）を使用て200gの荷
重を負荷する摩耗による摩耗速度試験をダイヤモ
ンドに行なつた。衝突された前記ダイヤモンドの
部分は、3000分の潜伏期間後、５×10-10cm2／分
の直線型容量摩耗速度を示した。ダイヤモンドの
照射部分は、更にテストを続けると小さな初期摩
耗を示したが、極めて遅い摩耗速度、すなわち非
照射部分の摩耗の大きさよりも小さい摩耗が認め
られた。
実施例 ３
ダイヤモンド双晶表面の一部分に、100KeVの
プロトンを600℃で５×1017プロトン／cm2の照射
量で照射した。４Kgの荷重のダイヤモンドけがき
を試料ダイヤモンドの照射部分及び非照射部分上
に行なつた。ダイヤモンドの非照射部分にはひど
いひびが認められたが、照射部分は無きずのまま
であることが認められた。
プロトンを600℃で５×1017プロトン／cm2の照射
量で照射した。４Kgの荷重のダイヤモンドけがき
を試料ダイヤモンドの照射部分及び非照射部分上
に行なつた。ダイヤモンドの非照射部分にはひど
いひびが認められたが、照射部分は無きずのまま
であることが認められた。
比較例 Ａ
実施例３の照射を室温で行ない、１Kgの小荷重
でダイヤモンドけがきを行なつた。試料ダイヤモ
ンドの非照射部分には殆んど影響は認められなか
つたが、照射部分には軟かい部分的に無定形の物
質に特有の深いみぞが現われていた。
でダイヤモンドけがきを行なつた。試料ダイヤモ
ンドの非照射部分には殆んど影響は認められなか
つたが、照射部分には軟かい部分的に無定形の物
質に特有の深いみぞが現われていた。
実施例 ４
研磨成形して鋭いカツテイングエツジを有する
ダイヤモンドバイトを使用して22個の一連のプラ
チナリングを旋削した。標準的なテストをした
後、光学顕微鏡を使用してダイヤモンド上の摩耗
きずを測定すると、約20ミクロンであつた。この
バイトを再研磨して鋭いエツジを再び形成した。
次いで、カツテイング面上に60KeVのプロトンを
600℃で５×1016プロトン／cm2の照射量で照射し
た。同一のカツテイングテストを行なうと５ミク
ロンのきずが認められた。
ダイヤモンドバイトを使用して22個の一連のプラ
チナリングを旋削した。標準的なテストをした
後、光学顕微鏡を使用してダイヤモンド上の摩耗
きずを測定すると、約20ミクロンであつた。この
バイトを再研磨して鋭いエツジを再び形成した。
次いで、カツテイング面上に60KeVのプロトンを
600℃で５×1016プロトン／cm2の照射量で照射し
た。同一のカツテイングテストを行なうと５ミク
ロンのきずが認められた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ダイヤモンドに侵入するのに十分なエネルギ
ーを有するイオンを、ダイヤモンドの結晶構造が
維持される温度でダイヤモンドに衝突させること
から成るダイヤモンド強化方法。 ２ ダイヤモンドが天然のダイヤモンドであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
法。 ３ 衝突イオンの数が平方センチメートル当り
1016〜1018であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項に記載の方法。 ４ イオンがプロトンであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載
の方法。 ５ イオンが1KeV〜10MeVのエネルギーを有し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
ら第４項のいずれかに記載の方法。 ６ イオンが10KeV〜100KeVのエネルギーを有
していることを特徴とする特許請求の範囲第５項
に記載の方法。 ７ 温度が少なくとも500℃であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか
に記載の方法。 ８ 温度が1000℃を超えないことを特徴とする特
許請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記載
の方法。 ９ ダイヤモンドがパウダーの形態にあることを
特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項のい
ずれかに記載の方法。 １０ パウダーが衝突中振動されていることを特
徴とする特許請求の範囲第９項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB22178/77A GB1588445A (en) | 1977-05-26 | 1977-05-26 | Toughening diamond |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5413492A JPS5413492A (en) | 1979-01-31 |
| JPS6137205B2 true JPS6137205B2 (ja) | 1986-08-22 |
Family
ID=10175221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6280678A Granted JPS5413492A (en) | 1977-05-26 | 1978-05-25 | Method of strengthening diamond |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4184079A (ja) |
| JP (1) | JPS5413492A (ja) |
| BE (1) | BE867492A (ja) |
| CA (1) | CA1100093A (ja) |
| DE (1) | DE2822723A1 (ja) |
| FR (1) | FR2391957A1 (ja) |
| GB (1) | GB1588445A (ja) |
| IE (1) | IE46902B1 (ja) |
| NL (1) | NL7805635A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111304750A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-06-19 | 湖州中芯半导体科技有限公司 | 一种提高cvd钻石硬度的方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA797004B (en) * | 1979-01-17 | 1980-11-26 | De Beers Ind Diamond | Diamond treatment |
| JPH0322685U (ja) * | 1989-07-17 | 1991-03-08 | ||
| JPH082997A (ja) * | 1994-02-22 | 1996-01-09 | General Electric Co <Ge> | 人造ダイヤモンドの靭性を高める方法 |
| US6887144B2 (en) | 1996-11-12 | 2005-05-03 | Diamond Innovations, Inc. | Surface impurity-enriched diamond and method of making |
| IL124592A (en) * | 1997-05-23 | 2002-07-25 | Gersan Ets | Method of marking a gemstone or diamond |
| GB9710738D0 (en) * | 1997-05-23 | 1997-07-16 | Gersan Ets | Diamond marking |
| EP0892092B1 (en) * | 1997-07-16 | 2003-10-01 | General Electric Company | Surface enriched diamond |
| US8365846B2 (en) * | 2009-03-27 | 2013-02-05 | Varel International, Ind., L.P. | Polycrystalline diamond cutter with high thermal conductivity |
| US8662209B2 (en) * | 2009-03-27 | 2014-03-04 | Varel International, Ind., L.P. | Backfilled polycrystalline diamond cutter with high thermal conductivity |
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