KR930007855B1 - 매우 높은 열전도율을 가진 단결정 다이아몬드 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

매우 높은 열전도율을 가진 단결정 다이아몬드
본 발명은 매우 높은 열전도율을 가진 단결정 다이아몬드의 제조방법에 관한 것이다.
높은 열전도율을 가진 다이아몬드 기재는 당해 분야에 공지되어 있다. 예를들면, 매우 높은 순도를 특징으로 하는 IIA 유형 천연 다이아몬드는 본 발명 이전에 공지된 특정 물질중 가장 높은 열전도율인 25℃(298°K)에서 21와트/cmㆍ°K 정도의 열전도율을 갖는다. 다른 한편으로, 그의 전기 전도율은 무시할 수 있을 정도로 낮다.
이러한 특성은 다이아몬드로 하여금 열-발생 물체 또는 단위로부터 열을 전도제거하는데 탁월한 재료가 되게 한다-다이아몬드는 열 싱크(sink)로서, 또는 열-발생 물체 또는 단위로부터 다른 어떠한 재료로 된 열 싱크로 열을 전도하기 위한 도체/확산체로서 사용될 수도 있다.
여러 분야에서 매우 높은 열전도율을 가진 열전도체가 필요하다. 일례로, 섬유 광학 네트워크를 위한 중계국(repeating station)이 있다. 시그날(signal)은 매우 긴 거리동안 상기 네트워크의 섬유를 따라 레이저광에 의해 전송된다. 상기 시그날은 수 킬로미터 지나면 강도가 실질적으로 감소되기 때문에 네트워크를 따라 전송된 광의 강도를 증대시킬 목적으로 네트워크를 따라 주기적으로 "중계국"을 건설하는 것이 필요하다. 이러한 유형의 전형적인 중계국에서는, 광 검출기를 사용하여 광학 섬유에 의해 전송된 약화된 시그날을 전기적 신호로 전환한 다음, 이를 증폭시키고, 발광 다이오드에 의해 광 신호로 재전환시킨 후, 네트워크의 다음 세그먼트(segment)를 따라 전송한다.
중계국의 필요수를 최소화하기 위해서는 중계국에서 시그날을 최적 증폭시키는 것이 바람직하다. 그러나, 전기적으로 발생된 종류의 방사 에너지량은 사용된 전류의 4제곱에 비례한다. 상기 방사 에너지의 일부는 광의 형태이지만, 그의 나머지는 열로서 손실된다. 따라서, 개개의 중계국에서 매우 다량의 열이 발생되며, 중계국의 효율성을 유지하기에 효과적인 열 전도체가 필요하다.
이들 분야에서 열 전도체로서 IIA유형의 천연 다이아몬드를 사용하는 것은, 작동 열-전도 유니트(unit)가 한면이 전형적으로 약 1mm정도로 매우 작기 때문에 고가임에도 불구하고 배제되지 않아왔다. 보다 큰 열-전도소자가 필요한 경우, 경비를 상당히 고려해야 하므로 따라서 천연 다이아몬드를 사용하는 것은 배제될 수도 있다.
통상적으로 제조된 젬(gem)질의 고압 합성 다이아몬드가 천연 다이아몬드 보다 비용이 적게 든다. 그러나, 높은 열 전도율을 가진 이 유형의 합성 다이아몬드는 부피가 심하게 줄어 역전을 일으키고 결정구조에 단점을 제공하므로 효과적으로 그라파이트로부터 제조할 수 없다. 대부분의 경우, 저압 화학적 증착(이후로는 때로 "CVD")방법에 의해 제조된 다이아몬드는 단결정 다이아몬드가 아니며, 실질적으로 낮은 열전도율, 전형적으로 약 300°K에서 12와트/cmㆍ°K 정도의 전도율(이후로는 때로 "실온 전도율")을 갖는다.
미합중국 특허 제 3,895,313호에는, 매우 높은 열 전도율을 갖고 고-파워의 레이저 빔용 광학 소자로 유용하다고 주장된 각종 다이아몬드 재료가 기술되어 있다.
특히, 상기 특허에는 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13으로부터 성장된 합성 다이아몬드가 이 방법에 유용하다고 언급되어 있으며 10 내지 20와트/cmㆍ°K 범위의 실온 전도율 값이 언급되어 있다. 이것은 물론 천연 IIA 유형 다이아몬드 및 화학적 증착에 의해 제조한 다이아몬드의 값이다. 또한, 아마도 높은 동위원소 순도 및 "완전 고체 상태 이론에 의해 예측되는 한계치에 거의 접근하는 관련 특성"을 갖는(즉, 단결정 형태의)다이아몬드에서는 액체 질소 온도 미만인 70°K(-203℃)의 온도에서 200와트/cmㆍ°K 이상의 열 전도율을 수득할 수도 있다고 주장하고 있다. 그러나, 그러한 다이아몬드의 제조방법은 제시되어 있지 않으며, 선행기술 상태는 이들을 공공적인 것으로 하기에 부적합해왔다.
본 발명은 매우 높은 화학적 및 동위원소 순도를 가진 단결정 다이아몬드의 제조방법을 제공한다. 상기 다이아몬드의 원료는 그라파이트를 다이아몬드로 고압전환시키는데서 직면하게 되는 부피 수축을 없앤 다이아몬드이다. 이렇게 제조된 다이아몬드의 열 전도율은 천연 IIA 유형 다이아몬드를 비롯하여 현재 공지된 물질의 열 전도율 보다 높고 또한 상기 미합중국 특허 제 3,895,313호에서의 값 보다 더 높은 것으로 밝혀졌다. 따라서, 열 전도체로서 또한 다른 분야에 사용하기에 매우 적합하다.
하나의 태양에서, 본 발명은 (A) 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13으로 이루어진 다이아몬드를 제조하는 단계 ; 및 (B) 상기 다이아몬드를 금속성 촉매-용매 재료를 통해 고압하에 다이아몬드 씨드(seed) 결정을 함유하는 영역으로 확산시킴으로써 단결정 다이아몬드로 전환시키는 단계를 포함하는, 높은 동위원소 순도를 가진 단결정 다이아몬드를 제조하는 방법이다.
본 발명의 방법의 본질적인 특징은 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13의 사용이다. 이후에 설명하는 바와같이, 화학적으로 및 동위원소적으로 순수한 탄소의 사용으로 인한 열 전도율의 증가는 이론적 고찰을 토대로 기대한 것 보가 훨씬 크다. 일반적으로, 탄화수소의 동위원소 순도는 99.2중량% 이상이어야 한다. 즉, 다른 동위원소가 1000부당 8부 이하의 양으로 존재하여야 한다. 99.9중량% 이상의 동위원소 순도가 바람직하다. 탄화수소는 또한 높은 화학적 순도를 가져야 한다.
동위원소적으로 순수한 형태의 다이아몬드를 제조하기 위해서는 단계 A에서 여러가지의 방법을 사용할 수 있다. 예를들면, 일산화탄소와 같은 기체 탄소 화합물을 확산도 차에 의해 탄소-12와 탄소-13종으로 분리한 다음, 공지된 수단, 예를들면 일산화탄소의 경우 환원성 화염중에서의 연소에 의해 고체 탄소로 전환시킬 수도 있다. 이렇게 형성시킨 탄소를 이어서 고온 고압 조건 또는 CVD 조건을 비롯한 통상적인 조건하에서 다이아몬드로 전환시킬 수도 있다.
달리, 다이아몬드와 그라파이트의 혼합물을 생성시키는 조건하에 쇼크 형성 및 CVD 공정을 포함하는 기타의 방법을 사용할 수도 있다. CVD 공정 유형에서, 탄소-13 종은 다이아몬드상에 농축되고 탄소-12 종은 그라파이트 상에 농축될 것이다. 농축된 형태로 사용할 수도 있는 기타 다이아몬드 전구체에는 열분해성 그라파이트, 무정형 또는 유리질 탄소, 액체 탄화수소 및 중합체가 포함된다.
보통 통상적인 CVD 다이아몬드 제조방법이 동위 원소적으로 순수한 다이아몬드 제조에 가장 편리한 것으로 밝혀졌다. 상기 방법에서는 다이아몬드 층을 하나 이상의 기재에 침착시킨다. 다이아몬드가 침착되기에 적합한 어떠한 기재 재료를 사용할 수 있으며, 상기 재료의 예로는 붕소, 질화 붕소, 백금, 그라파이트, 몰리브덴, 구리, 질화 알루미늄, 은, 철, 니켈, 규소, 알루미나 및 실리카 뿐만 아니라 이들의 결합물이 있다. 금속몰리브덴 기재가 여러조건하에 특히 적합하며, 흔히 바람직하다.
기재상에 다이아몬드를 화학적으로 증착시키는 방법은 공지되어 있으며, 본 명세서에 자세한 내용을 반복할 필요는 없다. 간단히, 상기 방법은 수소와 탄화수소(전형적으로 메탄)의 혼합물을 고-에너지 활성화사키는 것을 필요로 하며, 이때, 수소 기체는 수소원자로 전환되고 이것이 탄화수소와 반응하여 탄소원소를 형성한다. 이어서 상기 탄소를 다이아몬드 형태로 기재상에 침착시킨다. 활성화는 수소 분자로부터 수소 원자를 생성시키는 고-에너지 활성화를 수반하는 통상적인 수단에 의해 달성할 수도 있으며, 이러한 수단에는 전형적으로 가열된 필라멘트를 포함하는 열 수단, 화염 수단, D.C, 방전수단, 및 전자파 또는 라디오파 방사를 포함하는 방사 수단 등이 포함된다.
본 발명의 목적을 위해서는, 열적 방법, 특히 가열된 와이어 또는 필라멘트를 포함하는 하나 이상의 저항 가열 단위를 사용하는 필라멘트 방법이 주로 바람직하다. 상기 방법에서, 필라멘트는 전형적으로 금속 텅스텐, 탄탈륨, 몰리브덴 및 레늄이며, 텅스텐이 비교적 저가이고 특히 적합하기 때문에 주로 바람직하다. 약 0.2 내지 1.0mm의 필라멘트 직경이 전형적이며, 약 0.8mm가 흔히 바람직하다. 필라멘트와 기재(들)간의 거리는 일반적으로 5 내지 10mm 정도이다.
상기 필라멘트는 전형적으로 2000℃ 이상의 온도로 가열하며 최적 기재 온도는 900내지 1000℃ 범위이다. 침착 용기에서의 압력은 약 760torr 이하, 전형적으로 10torr 정도로 유지한다. 수소-탄화수소 혼합물은 일반적으로 총 기체를 기준으로 약 2부피%, 이하의 양의 탄화수소를 함유한다. 예시적인 CVD 다이아몬드 제조 방법에 대한 설명을 위해 동시계류중인 미합중국 특허원 제 07/389,210호 및 제 07/389,212호를 참고로 한다.
CVD 방법에서는 사용한다면 동위원소적으로 순수한 탄화수소를 사용한다. 그의 오염을 피하기 위해서는 불순물로서 천연적인 탄소를 함유하지 않는 장비를 사용하는 것이 필수적이다. 이 목적을 위해 CVD 실은 실질적으로 용해될 수 없는 재료로 구성되어야 한다. 이 유형의 전형적인 재료는 쿼츠 및 구리이다.
탄소-12와 탄소-13중에서, 여러가지 이유 때문에 탄소-12가 보통 바람직하다. 우선, 탄소-12는 자연중에 탄소-13 보다 훨씬 많은 양이 존재하며,, 탄소-13은 전형적으로 약 1중량% 이하의 양으로 생성된다. 따라서, 탄소-12를 사용하는 것이 경비가 최소로 든다. 두번째로, 열전도율은 동위원소의 질량수의 제곱에 반비례하므로 탄소-12로부터 제조된 다이아모드가 탄소-13으로부터 제조된 다이아몬드 보다 열 전도율이 약 17% 이상일 것으로 기대할 수 있다. 그러나, 몇몇 용도에서는 탄소-13이 바람직하며, 그의 제조 방법 및 용도도 본 발명의 일부분이다.
기재에 침착된 CVD 다이아몬드 층의 께는 중요하지 않다. 일반적으로 바람직한 크기의 단결정 제조에 필요한 이상의 다이아몬드를 침착시키는 것이 편리하다. 물론, 몇개의 결정의 제조에 사용하기 위한 보다 다량의 CVD 다이아몬드 제조도 또한 예측된다.
이후에 기술하는 바와같이, CVD 공정의 생성물을 슬랩(slab), 시이트 또는 그의 분쇄된 조각 형태와 같은 형태를 사용하여 고압 수단에 의해 높은 열전도율을 가진 다이아몬드로 직접 전환시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법은 동위원소적으로 순수한 다이아몬드를 우선 분쇄하는 경우에 가장 효과적으로 수행된다.
분쇄는 크러슁(crushing) 및 분말화와 같은 공지된 수단에 의해 달성할 수 있다. 이들의 입경은 충분한 분쇄도가 수득되기만 하면 중요한 것이 아니다. 본 분야에 "그릿 다이아몬드(grit diamond)"로 알려진 형태가 적합하다.
단결정 다이아몬드 제조 단계인 단계 B는 단계 A에서 생성된 순수한 다이아몬드를 원료로 사용한다는 점외에는 통상적이다. 원료로서 그라파이트 또는 몇몇 다른 탄소 동소체가 아니라 다이아몬드를 사용함으로써 두가지를 달성한다 : 쉽게 수득된 동위원소적으로 순수한 재료를 사용할 수 있으며, 그라파이트 및 동소체의 다이아몬드로의 역전에서 직면되는 부피의 수축을 피할 수 있어 규칙적인 구조와 고품질을 가진 단결정을 제조할 수 있게 한다.
고압하에 단결정 다이아몬드를 제조하는 방법 또한 본 분야에 알려져 있으며, 그의 상세한 설명은 필요하지 않다고 생각된다. 참고예로는 상기 방법에 대해 일반적으로 기술되어 있는 문헌[Encyclopedia of physical Science ＆ Technology, Vol. 6, pp. 492-506(Academic Press, Inc., 1987)] ; 스트롱(Strong)의 논문[The Physics Teacher, January 1975, pp. 7-13] ; 및 미합중국 특허 제 4,073,380호 및 제 4,082,185호가 있다. 상기 방법은 일반적으로 50,000 내지 60,000기압 정도의 압력 및 약 1,300 내지 1,500℃ 범위의 온도에서 금속성 촉매-용매 재료의 액체욕을 통해 공급원으로서 사용된 탄소를 확산시킴을 포함한다. 전환시킬 재료와 침착 영역(결정 성장이 개시될 수 있는 다이아몬드 씨드를 함유한다)사이에는 전형적으로 약 50℃의 네가티브 온도 구배가 유지되는 것이 바람직하다.
단계 B에 유용한 촉매-용매 재료는 본 분야에 공지되어 있다. 이들은 예를들면 철 ; 철과, 니켈, 알루미늄, 니켈 및 코발트, 니켈 및 알루미늄, 및 니켈, 코발트 및 알루미늄과의 혼합물 ; 및 니켈과 알루미늄의 혼합물이 있다. 찰-알루미늄 혼합물이 주로 단결정 다이아몬드의 제조에 바람직하며, 95중량%의 철과 5중량%의 알루미늄으로 이루어진 재료가 본 발명의 목적에 특히 바람직하다.
본 발명의 방법에 의한 단결정 다이아몬드의 제조후에, 씨드 결정에 기인된 부위를 연마(polishing)에 의해 제거하는 것이 흔히 바람직하다. 이것은 씨드 결정이 동위원소적으로 순수하지 않은 경우에 특히 그러하다.
본 발명에 따라 제조되고 여러가지 동위원소 순도를 가진 단결정 다이아몬드에 대해 연구한 결과, 99.2중량%, 99.5중량% 및 99.9중량%의 탄소-12 순도에서 실온 전도율이 각각 천연 IIA 유형 다이아몬드의 실온전도율 보다 10%, 25% 및 40% 큰 것으로 나타났다. 보다 저온에서는 열 전도율의 차가 훨씬 클 것으로 기대된다. 상기 열 전도율은 앞서 공지된 재료의 열전도율 보다 더 크다. 이 유형의 단결정 다이아몬드는 본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조된 다이아몬드로서 본 발명의 또 하나의 태양이다.
본 발명의 단결정 다이아몬드의 매우 높은 열전도율의 원인은 완전히 이해되지 않는다. 그러나, 상기 현상을 주로 다이아몬드 결정중의 포논(phonon)(즉, 격자 진동 모드)의 평균 자유길이(free-path)의 작용이라고 추정된다. 열 전도율은 결정에서의 비열, 음속 및 결정의 포논 평균 자유 길이에 정비례하며, 비열 및 음속에 미치는 동위원소의 영향은 무시할 수 있다.
간략화된 계산에서, 포논의 평균 자유길이의 역수는 포논-포논 산란에 기인된 평균 자유 길이의 역수와 동위원소의 영향에 기인된 평균 자유 길이의 역수의 합과 같다고 간주할 수 있다. 동위원소와 관련된 평균 자유길이는 34,000°A이고 포논 살란과 관련된 길이는 1900°A인 것으로 산출되었다. 따라서, 동위원소 영향이 단지 약 5.2% 정도의 평균 자유길이의 감소를 설명해준다. 실질적으로 큰 것으로 관찰된, 열 전도율에 미치는 동위 원소의 영향에 대한 하나의 가능한 원인은 이론과는 반대로 다이아몬드의 동위원소 수성성분이 포논-포논 산란에 기인된 평균 자유 길이에 직접적인 영향을 미친다는 것이다. 이 영향은 분명하게는 선행기술에 공지되어 있지 않다.
상기에 언급한 높은 열 전도율 값 및 거의 존재하지 않은 전기 전도율 덕분에, 본 발명의 동위원소적으로 순수한 단결정 다이아몬드는 단독으로 전기장치 및 유사한 열-발생원으로부터의 열 전도체로서 유용한다. 열 전도체로서의 상기 다이아몬드와 접한 열원을 포함하는 제품이 본 발명의 또하나의 태양이다.
또 다른 태양은 상기 다이아몬드를 포함하는 연마 제품이다. 상기 제품은 사용중에 발생된 마찰열을 소산시키는 능력 때문에 특별히 긴 수명을 가질 수 있다고 기대된다. 전형적인 용도 분야에는 광학적 제품, 스톤(stone) 및 다이아몬드 및 이로부터 제조된 제품을 포함하는 보석용의, 연마 그릿, 다이아몬드 컴팩트(compact), 권선 다이, 톱날, 화선(scribing) 공구, 드릴(drill), 공구 깍개 및 연마 공구가 포함된다.
또 다른 하나의 태양은 핀홀(pinhole) 구멍을 가진 상기 다이아몬드를 포함하는 광-여과용 제품이다. 이들은 예를들면 레이저 빔 등을 위한 공간 필터로서 유용하다. 천연 다이아몬드로부터 제작된 이 유형의 제폼은 아마도 자연에서 열적으로 방사선-유도된 손산을 입게된다. 본 발명의 다이아몬드의 실질적으로 보다 높은 열 전도율은 이 유형의 손상을 매우 최소화하는 것을 기대할 수도 있다.
본 발명은 한 실시예로써 설명되며, 이 실시예에서는 우선 CVD 다이아몬드 층을 쿼츠와 구리(이들중 어느것도 실질적인 양의 탄소를 용해시키지 않는다)로 제조된 실(chamber)내의 몰리브덴 기재상에 위치시켰다. 상기 기재는 직경 약 0.8mm의 텅스텐 필라멘트의 평면과 평행하게 8 내지 9mm 이격된 평면에 수직으로 위치시켰다. 용기를 약 10torr의 압력까지 배기시키고, 전류를 통과시켜 필라멘트를 약 2000℃로 가열한 다음, 98.5%(부피)의 수소와 1.5%의 메탄의 혼합물을 용기내로 통과시켰다. 사용된 메탄은 불순물이 실질적으로 없었으며, 그의 99.9%는 탄소-12 동위원소를 함유하였다. 이렇게 수득된 다이아몬드를 꺼내어 질량분광 분석한 결과, 다이아몬드내의 탄소의 99.91%는 탄소-12임을 알았다.
동위원소적으로 순수한 CVD 다이아몬드의 열전도율은 통상적인 방법에 따라 다이아몬드 결정에 충돌시킨 모듈화 아르곤-이온 빔에 의해 발생된 열파의 거울상 검출에 의해 측정하였다. 실온 전도율은 약 12와트/cmㆍ°K인 것으로 나타났다. 천연적으로 생성되는 동위원소 분포(C-12 98.96%, C-13 1.04%)를 갖는 메탄으로부터 제조된 유사한 CVD 다이아몬드의 대조용 샘플은 본질적으로 동일한 전도율을 가졌다.
동위원소적으로 순수한 CVD 다이아몬드를 분쇄시키고 분말화한 다음 고압 고온 조건하에 단결정 다이아몬드의 성장을 위한 탄소 공급원으로 사용하였다. 구체적으로, 통상의 벨트 장치를 52,000 기압 및 1400℃에서 사용하였으며 95%(중량에 의함)의 철과 5%의 알루미늄의 축매-용매 혼합물을 사용하였다. 정상적인 동위원소 분포를 가진 작은(0.005캐럿)단결정 다이아몬드 씨드를 사용하여 성장을 개시시켰으며, CVD 다이아몬드와 씨드 결정간에 약 50℃의 네가티브 온도 구배를 유지하였다. 0.95캐럿의 단결정이 생성될 때까지 공정을 계속하였다. 분석 결과 결정내 탄소의 99.93%가 C-12 동위 원소인 것으로 나타났다.
표준 다이아몬드 스카이프(scaife)상에서 다이아몬드를 연마시켜 씨드 결정을 제거한 다음, 정상적인 동위원소 분포를 가진 CVD 다이아몬드로부터 제조된 대조용 단결정 다이아몬드를 비롯한 여러가지 다른 재료의 실온 전도율과 그의 실온 전도율을 비교하였다. 그결과는 하기와 같으며, 모든 값은 와트/cmㆍ°K이다.
동위원소적으로 순수한 C-12 다이아몬드(본 발명) 31.5
대조용 21.18
천연적으로 생성되는 IIA 유형 다이아몬드 21.2
CVD 다이아몬드 12.0
입방정 질화 붕소 7.6
탄화 규소 4.9
구리 4.0
산화 베릴륨 3.7
인화 붕소 3.6
질화 알루미늄 3.2
규소 1.6
산화 알루미늄 0.2
따라서, 본 발명의 다이아몬드의 실온 전도율은 대조용의 실온 전도율 보다 48.7% 더 크다. 또한, 측정한 다른 다이아몬드 또는 비-다이아몬드 재료의 실온 전도율 보다 훨씬 더 크다.
액체 질소의 비점 미만인 70°K에서, 본 발명의 다이아몬드는 이론적으로 상기에 언급한 미합중국 특허 제 3,895,313호에서 예측한 최소값의 13배 이상인 약 2675와트/cmㆍ°K의 전도율을 갖는 것으로 예측된다.

Claims (29)

  1. (A) 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13으로 이루어진 다이아몬드를 제조하는 단계 : 및 (B) 상기 다이아몬드를 금속성 촉매-용매 재료를 통해 고압하에 다이아몬드 씨드(seed) 결정을 함유하는 영역으로 확산시킴으로써 단결정 다이아몬드로 전환시키는 단계를 포함하는, 높은 동위원소 순도를 가진 단결정 다이아몬드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 탄소가 탄소-12인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 단계(A)의 생성물을 분쇄시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 탄소가 99.2% 이상 동위원소적으로 순수한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 단계(A)의 다이아몬드를 화학적 증착법에 의해 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 단계(A)에 사용된 장비가 실질적으로 탄소를 용해시킬 수 없는 재료로 구성된 방법.
  7. 제4항에 있어서, 분쇄에 의해 수득된 입경이 그릿 다이아몬드의 입경인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 단계(A)를 최소한 2000℃의 필라멘트 온도, 900 내지 1000℃ 범위의 기재 온도 및 약 10torr의 압력에서 수행하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 필라멘트가 텅스텐으로 이루어지고, 기재가 몰리브덴인 방법.
  10. 제6항에 있어서, 탄소가 99.9% 이상 동위원소적으로 순수한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 단계(B)에 사용된 촉매-용매 재료가 철-알루미늄 혼합물인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 단계(B)에 전환시킬 재료와 침착 영역간에 네가티브 온도 구배를 유지시키는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 단계(B)에 사용된 촉매-용매 재료가 철 95중량%와 알루미늄 5중량%의 혼합물인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 온도 구배가 약 50℃인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 단계(B)에서의 압력이 50,000 내지 60,000 기압 범위이고, 온도가 약 1300 내지 1500℃ 범위인 방법.
  16. 제15항에 있어서, 씨드 결정이 정상적인 동위원소 분포를 가진 단결정 다이아몬드인 방법.
  17. 제16항에 있어서, 씨드 결정에 기인된 생성물 다이아몬드의 부분을 연마에 의해 제거하는 방법.
  18. 99.2중량% 이상 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13으로 이루어지고 300°K에서의 열 전도율이 천연 IIA 유형 다이아몬드의 열 전도율 보다 10% 이상 더 큰 단결정 다이아몬드.
  19. 제18항에 있어서, 탄소-12로 이루어진 다이아몬드.
  20. 열전도체로서의 제18항의 다이아몬드와 접촉하는 열-발생원을 포함하는 제품.
  21. 제18항의 다이아몬드를 포함하는 연마 제품.
  22. 핀홀(pinhole) 구멍을 가진 제18항의 다이아몬드를 포함하는 광-여과용 제품.
  23. 99.5중량% 이상 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13으로 이루어지고 300°K에서의 열전도율이 천연IIA 유형 다이아몬드의 열 전도율 보다 25% 이상 더 큰 단결정 다이아몬드.
  24. 99.9중량% 이상 동위원소적으로 순수한 탄소-12 또는 탄소-13으로 이루어지고 300°K에서의 열전도율이 천연IIA 유형 다이아몬드의 열 전도율 보다 40% 이상 더 큰 단결정 다이아몬드.
  25. 제1항의 방법에 의해 제조된 단결정 다이아몬드.
  26. 제2항의 방법에 의해 제조된 단결정 다이아몬드.
  27. 제4항의 방법에 의해 제조된 단결정 다이아몬드.
  28. 제10항의 방법에 의해 제조된 단결정 다이아몬드.
  29. 제17항의 방법에 의해 제조된 단결정 다이아몬드.
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