JPS63303806A - ダイヤモンドの精製法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は合成ダイヤモンドの精製方法の改良に関する
ものである。

（従来の技術） 人工的にダイヤモンドを合成する方法としては、高圧プ
レスを用いて超高圧を発生させさらに高温を与える静圧
法と、爆薬による衝撃波を用いて瞬間的な超高圧高温を
与える衝撃法とがある。前者の静圧法の場合には、触媒
金属として鉄、コバルト、ニッケル或はこれらの合金が
使用される。また後者の衝撃法の場合は鉄、銅といった
ものが放熱材として使用されている。

いずれにしても、生成したダイヤモンドは、未反応グラ
ファイト、再結晶グラファイトとともにそれらの金属と
の混合物あるいは集合体として得られる。これらの混合
物あるいは集合体からダイヤモンドのみを精製する方法
は、上述のダイヤモンドの合成方法により異なる。例え
ば、静圧法で合成されたダイヤモンドでカッター等に用
いる良質結晶を得ようとする場合、合成後の集合体の中
には未反応グラファイトが残っている。この除去のため
には、まず熱濃硫酸、過マンガン酸、硝酸、塩素酸ナト
リウム、過酸化水素またはその混合物のような酸化剤を
用い、通常２００℃程度まで温度を上げて酸処理による
未反応グラファイトの酸化除去を行う。その後、王水、
発煙硝酸、塩酸などによる酸処理で鉄、コバルト、ニッ
ケルといった触媒金属を除去するが、その際触媒金属中
に析出した再結晶グラファイトがダイヤモンドとともに
残る。そこで、次に再結晶グラファイトを除去するため
に再びグラファイトの酸化除去を行う。

ここでの酸処理は、先に述べた溶液を用いる湿式法の外
に、二酸化マンガン、酸化鉛などを酸化助剤として使用
して１２０℃以上の温度でグラファイトのみの選択酸化
除去をする乾式法がある。しかし、ここでの処理ではグ
ラファイトの酸化を完全にする必要から、溶液法で１０
〜４０時間、乾式法で５〜１０時間の処理が必要である
。

品質的に劣るレジンボンド用のダイヤモンドでは、未反
応グラファイトがほとんど残らないのでその精製は最初
に触媒金属の酸処理を行ってから、以下再結晶グラファ
イトの湿式或は乾式酸化処理による除去を行う。衝撃法
により合成されるダイヤモンドも上記と同様に最初に触
媒金属の酸処理を行ない、その後溶液法あるいは乾式法
のいづれかによるグラファイトの酸化処理を行う。

しかしながら、いづれの方法を用いて合成したダイヤモ
ンドにおいても、精製のための処理速度の向上が望まれ
ていた。また従来の方法だと精製段階において長時間に
わたって高温酸化処理されるためダイヤモンドの一部が
酸化されることがあり、品質確保の上で大きな問題とな
っていた。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、第１にダイヤモンドの合成における精製を
短時間のうちに効率よく行なわんとするものである。即
ち、この発明は金属触媒、未反応グラファイト、再結晶
グラファイトとダイヤモンドとの混合物あるいは集合体
からダイヤモンドのみを短時間に効率よく精製しようと
するものである。次に、この発明は精製処理におけるダ
イヤモンドの部分的な酸化を回避して得られるダヤモン
ドの品質を向上しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） この発明は、ダイヤモンド、触媒金属、グラファイトの
混合物または集合体に酸処理を行うに当り、超音波処理
を併用することを特徴とするダイヤモンドの精製法であ
る。以下に、この発明をさらに説明する。

常法によって原料グラファイトと触媒金属との混合物を
、高温高圧処理して得られた椀体、即ちダイヤモンドと
触媒金属とグラファイトの集合体について酸処理を施す
に当り、所定時間の超音波処理を併用するものである。

ここに使用する超音波発生装置は先端チップかテフロン
コーテングされているか或はセラミックで出来ているな
どで耐酸性となっている超音波発生装置であることが好
ましい。

静圧法で合成したカッターなどに使用する良質結晶を処
理する場合、超音波処理を併用して、最初に溶液法によ
り未反応グラファイトの酸化処理を行う。ここでの超音
波処理は、例えば共振周波数は２０ＫＨｚ、出力２００
Ｗとする。また、酸化処理そのものは従来と同様にして
行う。即ち、酸化剤としては熱濃硫酸、過マンガン酸、
硝酸、塩素酸ナトリｊウム、過酸化水素またはその混合
物を用い、通常２００℃程度まで昇温しで行う。

次に触媒金属の酸処理を行うが、ここでも超音波処理を
併用する。ここでの超音波処理も上記と同じでよい。ま
た、ここで用いる酸化剤も従来と同様で格別なものを使
用する必要はない。

上記の未反応グラファイトの酸処理、触媒金属の酸処理
の２つの処理を施すことによって、ダイヤモンドの表面
に付着したグラファイトは微粒化して取除かれ、また触
媒金属中の再結晶グラファイトも微粒化される。従って
、本発明によれば上記２つの処理だけで被処理物は、ダ
イヤモンドと微粉状のグラファイトとなって、従来法で
通常行われていた再結晶グラファイトのための酸化処理
が不要となる。このような処理によって最終的にはダイ
ヤモンドと微粉状グラファイトとなり、これは比重差を
利用した重液分離が可能となり、処理時間が大幅に短縮
されることになる。レジンボンド用のダイヤモンドの場
合は、最初から超音波処理を伴う触媒金属の酸処理を行
い、次にこれをそのまま重油分離を行うことで処理時間
が短縮される。

衝撃法で合成されたダイモンドについても、触媒金属の
酸処理および溶液法によるグラファイトの酸化処理にお
いて超音波処理を併用する。これによって酸化処理時間
の大幅な短縮がなされ、しかも静圧法によって合成され
たダイヤモンドと同様に触媒金属の酸処理後の重液分離
が可能となった。

次に実験例を、つづいてこの発明の実施例をあげてこの
発明をさらに説明する。

（実験例） 原料グラファイト（東海カーボン（株）製のへ造黒鉛粉
末、最大径＜０．１ｍ、天分０．０２％）と触媒金属（
Ｆ　ｅ−Ｎ　ｉ合金（５０−５０比）、シート３０％）
の混合物を５．２ＧＰａ、１３８０℃で１５分間高温高
圧処理した後、得られた椀体、即ちダイヤモンド、触媒
金属、グラファイトの集合体について、処理温度を１０
０℃として濃度３５％の塩酸による触媒金属の酸処理を
行った。

その後３時間を経て残留物を濾過で分離しこれを顕微鏡
観察したところ、触媒金属が認められながったので触媒
金属の溶解の終結を確認した。上記の処理後に得られた
試料は、粉末状あるいは小片状のグラファイトとダイヤ
モンドを内包した塊状のグラファイトであった。次に、
これを溶液法によるグラファイトの酸化処理を行った。

酸化剤には濃りん酸、濃硫酸と硝酸の混酸を用い、温度
は３２０℃として１回当り５時間をかけて３回の繰返し
処理（合計１５時間）を行った。この処理後Ｘ線回折に
より試料の同定を行ったところ、ダイモンドのピークの
みならずグラファイトのピークも認められた。そこで実
体顕微鏡下でダイヤモンドの表面を詳細に観察したとこ
ろ、部分的に表面が黒鉛化していることが認められた。

実施例１゜ 実験例と同じ条件で高温高圧処理して得られたダイヤモ
ンド、触媒金属、グラファイトの集合体を、処理温度１
００℃として濃度３５％の塩酸を用いて酸処理した。約
３時間で触媒金属のすべてを溶解処理することが出来た
。つづいて、酸化剤として濃硫酸と硝酸の混酸を使用し
てグラファイトの酸化処理を行った。この酸化処理にあ
たっては先端チップがセラミック製の超音波発生装置で
共振周波数２０ＫＨｚ、出力１５０Ｗの超音波処理を加
えた。酸化処理の温度は３２０℃とし、１回の処理時間
は１時間とした。この処理を５回、合計５時間行った。

こうして得られた試料をＸ線解析により同定したところ
一ダイヤモンドのみの単−相であることが確認された。

実施例２゜ 実験例と同様の条件下で高温高圧処理して得られたダイ
ヤモンド、触媒金属、グラファイトの集合体に処理温度
を１００℃として、濃度３５％の塩酸で酸処理を施した
。この酸処理を施すにあたって、先端チップがテフロン
コーティングされた出力連続可変型の超音波発生装置を
用いて、共振周波数５０Ｗ、１００Ｗ、４５０Ｗ、２０
０Ｗ。

′２５０Ｗ、３００Ｗと変化させて超音波処理を併用し
た。各出力ごとに１回の処理時間を１０分として繰返し
処理を行った。、各場合の触媒金属が溶解するまでの処
理時間その他を表および図に示した。これらから分るよ
うに、出力が大きくなるにつれて触媒金属が溶解するま
での処理時間が短くなり、出力２００Ｗ以上になると処
理時間が略一定となった。このようにして得られた試料
は、いづれも触媒金属は確実に溶解処理されており、ダ
イヤモンドとグラファイトが固結することなくダイヤモ
ンドと微粒のグラファイト粉末の混合物として回収され
た。次に、ヨウ化メチレン−ベンゼンの混合溶液による
重液分離によりダイヤモンドとグラファイト粉末の分離
を試みたところ確実に分離が出来、ダイヤモンドのみを
回収することができた。

なお、比較例として出力０、すなわち超音波処理を併用
しなかった場合は２０回の処理を施したにも拘らず粉末
状あるいは小片状のグラファイトの外にダイヤモンドを
内包した塊状のグラファイトが残っていて、重液分離に
よるダイヤモンドの分離は出来なかった。

栗１粉末状あるいは小片状のグラファイトとダイヤモン
ドを内包した塊状のグラファイト。

※１同様な条件で重液分離を行い、回収物のＸ線回折の
結果ダイヤモンドとグラファイトの明瞭なピークが認め
られた。

実施例３ 実験例と同じ条件で高温高圧の処理をして得られたダイ
ヤモンド、触媒金属、グラファイトの集合体に、濃度３
５％の塩酸を用いて触媒金属の酸処理を行った。この処
理は、処理温度１００℃として先端チップがテフロンコ
ーティングされた超音波発生装置により共振周波数２０
ＫＨｚ、出力２００Ｗの超音波処理を併用しながら行っ
た。この処理は、１回の処理に要する時間は１０分とし
て６回の処理をし、これですべての触媒金属を溶解する
ことができた。処理後に回収された試料は、ダイヤモン
ドと微粒なグラファイト粉末の混合物であった。次に、
これをヨウ化メチレン−ベンゼンの混合液を用いた重液
分離によりダイヤモンドのみを分離回収した。

この回収したダイヤモンドの表面を顕微鏡で詳細に観察
したところ表面部の黒鉛化は一切認められなかった。

実施例４゜ 実験例と同じ原料黒鉛と触媒金属ｐｔ泊２０重量％とを
用い、８０Ｐａ、２２３０℃で１５分間の高温高圧処理
を施した。この条件は実験例および実施例１〜３の温度
圧力条件に比してダイヤモンド安定領域にさらに深く入
込んいるため、ダイヤモンド結晶の形核数が多く成長速
度も早い。従って、生成した結晶は隣接粒子と互いに干
渉して非常に不規則な外形をなしており、それらを囲む
触媒金属も複雑に入組んでいる。こうして得られた回収
物に、濃度３５％の王水を用いて触媒金属の溶解処理を
施した。この処理は実施例３と全く同様で、処理温度１
００℃として先端チップがテフロンコーティングされた
超音波発生装置により共振周波数２０ＫＨｚ、出力２０
０Ｗの超音波処理を併用しながら行なった。また、処理
時間も同様に１回を１０分として繰返し処理を行なった
ところ、６回で全ての触媒金属を溶解することができた
。処理後に回収された試料は、ダイヤモンドと微粒のグ
ラファイト粉末の混合物であった。次に、これをヨウ化
メチレン−ベンゼンの混合液を用いて重液分離を行ない
、ダイヤモンドのみを分離回収した。

この回収したダイヤモンドの表面を顕微鏡で観察したと
ころ、酸化は一切認められなかった。

（発明の効果） この発明によると従来法に比較してはるかに能率的なダ
イヤモンドの精製が出来るようになった。

本発明の具体的な効果は次の通りである。

■　触媒金属の酸処理、グラファイトの酸化処理のため
の時間が大幅に短縮できるようになった。

■　酸化処理時間の短縮ができるようになったため、精
製して得られるダイヤモンドの品質の低下が回避されて
品質確保という点からも優れた効果を示す。

■　グラフフィトのダイヤモンドからの分離、グラファ
イトの微粒化により重液分離によるダイヤモンドのみの
回収が可能となった。

【図面の簡単な説明】

図は超音波発生装置の出力に対する処理時間の関係を示
す線図。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ８者氏タト九口絃肛封する又し！Ｂ１閏０大ｊ６超去坂
外生ｋｉｎ公力（Ｗ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ダイヤモンド、触媒金属、グラファイトの混合物または
   集合体に酸処理を行うに当り、超音波処理を併用するこ
   とを特徴とするダイヤモンドの精製法。