JPH0649634B2 - 水素プラズマジェットを用いた六方晶ダイヤモンドの合成法 - Google Patents
水素プラズマジェットを用いた六方晶ダイヤモンドの合成法Info
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- JPH0649634B2 JPH0649634B2 JP2076324A JP7632490A JPH0649634B2 JP H0649634 B2 JPH0649634 B2 JP H0649634B2 JP 2076324 A JP2076324 A JP 2076324A JP 7632490 A JP7632490 A JP 7632490A JP H0649634 B2 JPH0649634 B2 JP H0649634B2
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は六方晶ダイヤモンドの合成法に関する。
従来の技術 六方晶ダイヤモンドはダイヤモンドの準安定相であり、
隕石中に存在が認められる以外では衝撃波加圧法等によ
りグラファイト粉末に高熱と高圧を同時に加えることに
より粉末として合成されている。
隕石中に存在が認められる以外では衝撃波加圧法等によ
りグラファイト粉末に高熱と高圧を同時に加えることに
より粉末として合成されている。
発明の目的 本発明は水素プラズマジェットを用い六方晶ダイヤモン
ドを単独で又は立法晶ダイヤモンド及び／又はグラファ
イトとの混合物として連続的かつ膜状に合成する方法を
提供することを目的とする。
ドを単独で又は立法晶ダイヤモンド及び／又はグラファ
イトとの混合物として連続的かつ膜状に合成する方法を
提供することを目的とする。
発明の構成 本発明者は熱プラズマを用いてダイヤモンドの気相合成
法により立方晶ダイヤモンドの合成を試みるうちに、水
素プラズマジェットを用いダイヤモンド膜を生成させる
と、条件により立方晶ダイヤモンドの生成が抑制され六
方晶ダイヤモンドが生成することを究明した。この知見
に基づいて本発明を完成するに到った。
法により立方晶ダイヤモンドの合成を試みるうちに、水
素プラズマジェットを用いダイヤモンド膜を生成させる
と、条件により立方晶ダイヤモンドの生成が抑制され六
方晶ダイヤモンドが生成することを究明した。この知見
に基づいて本発明を完成するに到った。
本発明の要旨は、ダイヤモンドの気相合成の際に用いら
れる水素及びメタン等の気相炭素源の加熱に水素プラズ
マジェットを用い、反応炉内を３００Ｔｏｒｒ以下にす
ることによって基板温度をダイヤモンド生成可能な８０
０度−１２００度程度に保ち、且つ基板極近傍の温度勾
配を急激にし六方晶ダイヤモンドの合成を容易にするこ
と、及び衝撃波加圧法では製造不可能な膜状六方晶ダイ
ヤモンドを合成することを特徴とする。
れる水素及びメタン等の気相炭素源の加熱に水素プラズ
マジェットを用い、反応炉内を３００Ｔｏｒｒ以下にす
ることによって基板温度をダイヤモンド生成可能な８０
０度−１２００度程度に保ち、且つ基板極近傍の温度勾
配を急激にし六方晶ダイヤモンドの合成を容易にするこ
と、及び衝撃波加圧法では製造不可能な膜状六方晶ダイ
ヤモンドを合成することを特徴とする。
本発明は立方晶ダイヤモンドの生成を抑制するためにプ
ラズマ発生用ガスに熱伝導度の最も大きな１００％水素
ガスを使用するとともに反応炉内に減圧にし基板極近傍
の温度勾配を大にする。又プラズマジェットを用いるこ
ともプラズマ化したガスの流速を大きくすることにつな
がり、基板極近傍の温度勾配を大にする。アルゴン等の
不活性ガスをプラズマ発生用水素ガスに混合していくと
基板極近傍の温度勾配が１００％水素の場合に比べ小さ
くなり、六方晶ダイヤモンドよりも立方晶ダイヤモンド
の生成が優位になってくる。また反応炉内の圧力が常圧
に近くなるに従って基板極近傍の温度勾配が小さくな
り、やはり立方晶ダイヤモンドの生成が優位となってく
る。
ラズマ発生用ガスに熱伝導度の最も大きな１００％水素
ガスを使用するとともに反応炉内に減圧にし基板極近傍
の温度勾配を大にする。又プラズマジェットを用いるこ
ともプラズマ化したガスの流速を大きくすることにつな
がり、基板極近傍の温度勾配を大にする。アルゴン等の
不活性ガスをプラズマ発生用水素ガスに混合していくと
基板極近傍の温度勾配が１００％水素の場合に比べ小さ
くなり、六方晶ダイヤモンドよりも立方晶ダイヤモンド
の生成が優位になってくる。また反応炉内の圧力が常圧
に近くなるに従って基板極近傍の温度勾配が小さくな
り、やはり立方晶ダイヤモンドの生成が優位となってく
る。
本発明により合成される六方晶ダイヤモンドは０．１μ
以下の微結晶膜であり、且つ未だ単離されていないもの
を含む各種の構造を持つポリタイプ六方晶ダイヤモンド
の一種又は二種以上の混合物からなる。このため本法と
同様高速成膜が可能な熱プラズマを用いて合成した立方
晶ダイヤモンド膜よりも表面が平坦になる。立方晶ダイ
ヤモンドとの混合膜の場合でも六方晶ダイヤモンドの割
合が３０％以上であれば膜表面は平坦になる。又ポリチ
ピズムの多結晶体として得られるためモース硬度は１０
以上である。
以下の微結晶膜であり、且つ未だ単離されていないもの
を含む各種の構造を持つポリタイプ六方晶ダイヤモンド
の一種又は二種以上の混合物からなる。このため本法と
同様高速成膜が可能な熱プラズマを用いて合成した立方
晶ダイヤモンド膜よりも表面が平坦になる。立方晶ダイ
ヤモンドとの混合膜の場合でも六方晶ダイヤモンドの割
合が３０％以上であれば膜表面は平坦になる。又ポリチ
ピズムの多結晶体として得られるためモース硬度は１０
以上である。
基板温度が１４００℃以上ではグラファイトが析出し、
その内の若干量が六方晶ダイヤモンド中に混合してく
る。
その内の若干量が六方晶ダイヤモンド中に混合してく
る。
本発明で言う水素プラズマジェットとはタングステン等
の高融点金属を陰極とし銅製等のノズル状陽極を用い、
この間に水素ガスを流し放電を行うことにより、プラズ
マ化した高速のガスが陽極ノズル中より噴出したものを
言う。又減圧度は通常のロータリーポンプで容易に到達
できる程度である。
の高融点金属を陰極とし銅製等のノズル状陽極を用い、
この間に水素ガスを流し放電を行うことにより、プラズ
マ化した高速のガスが陽極ノズル中より噴出したものを
言う。又減圧度は通常のロータリーポンプで容易に到達
できる程度である。
実施例 プラズマ発生用水素ガス：８０／min 原料メタン：２／min 放電電流：１２０Ａ 放電電圧：１００Ｖ 反応炉内圧力：１８０Ｔorr 運転時間：２０min 上記条件でダイヤモンド合成を行った結果、成膜速度２
５０μｍ／ｈｒで平坦なダイヤモンド膜を基板上に合成
した。生成物を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、Ｘ線回折、
ラマン分光により評価した結果、Ｘ線回折により六方晶
ダイヤモンドであることが確認された。第一図（ａ）の
合成六方晶ダイヤモンド膜のＳＥＭ像と（ｂ）の立方晶
ダイヤモンド膜のＳＥＭ像の表面状態を比較すると六方
晶ダイヤモンド膜の平坦さが分かる。第二図はＸ線回折
パターンの一部を示しており、図中の１は立方晶ダイヤ
モンド（１１１）面からのピークであり、２は実施例で
合成されたポリタイプ六方晶数種の混合物からのピーク
である。又３、４はそれぞれ異なる条件下で合成された
六方晶ポリタイプの１種のピークである。実施例で合成
された六方晶ダイヤモンドの方がピーク巾が広く、立方
晶との違いが明らかに認められる。又モース硬度を測定
した結果、立方晶ダイヤモンド側が削られ、硬度は１０
以上と認められた。
５０μｍ／ｈｒで平坦なダイヤモンド膜を基板上に合成
した。生成物を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、Ｘ線回折、
ラマン分光により評価した結果、Ｘ線回折により六方晶
ダイヤモンドであることが確認された。第一図（ａ）の
合成六方晶ダイヤモンド膜のＳＥＭ像と（ｂ）の立方晶
ダイヤモンド膜のＳＥＭ像の表面状態を比較すると六方
晶ダイヤモンド膜の平坦さが分かる。第二図はＸ線回折
パターンの一部を示しており、図中の１は立方晶ダイヤ
モンド（１１１）面からのピークであり、２は実施例で
合成されたポリタイプ六方晶数種の混合物からのピーク
である。又３、４はそれぞれ異なる条件下で合成された
六方晶ポリタイプの１種のピークである。実施例で合成
された六方晶ダイヤモンドの方がピーク巾が広く、立方
晶との違いが明らかに認められる。又モース硬度を測定
した結果、立方晶ダイヤモンド側が削られ、硬度は１０
以上と認められた。
発明の効果 本発明の方法によると衝撃波加圧法等のように瞬間的に
加熱と加圧を同時に加えることなく、減圧下で連続的に
六方晶ダイヤモンドを合成できる。又立方晶ダイヤモン
ドの場合よりもより平坦な膜を基板上に析出させること
ができる。
加熱と加圧を同時に加えることなく、減圧下で連続的に
六方晶ダイヤモンドを合成できる。又立方晶ダイヤモン
ドの場合よりもより平坦な膜を基板上に析出させること
ができる。
第一図は基板上に合成された六方晶ダイヤモンドと立方
晶ダイヤモンド膜の表面の結晶構造を示す同倍率ＳＥＭ
像である。第二図は六方晶と立方晶ダイヤモンドのＸ線
回折パターンの一部を比較した図である。
晶ダイヤモンド膜の表面の結晶構造を示す同倍率ＳＥＭ
像である。第二図は六方晶と立方晶ダイヤモンドのＸ線
回折パターンの一部を比較した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 稔 茨城県つくば市小野川16番３ 工業技術院 公害資源研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−65796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−21793（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】熱プラズマの一種であるプラズマジェット
を用い炭素を含む化合物を原料として、反応炉内に設置
された基板上にダイヤモンド合成する気相法において、
プラズマ発生用ガスに水素を用いること、反応炉内を３
００Ｔｏｒｒ以下にすること、及び基板を冷却すること
により、基板表面をダイヤモンド生成可能な温度に保
ち、且つ温度勾配を急激にし、立方晶ダイヤモンドの生
成を抑え、六方晶ダイヤモンドを単独で、又は立方晶ダ
イヤモンド及び／又はグラファイトとの混合物として基
板上に合成する方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2076324A JPH0649634B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 水素プラズマジェットを用いた六方晶ダイヤモンドの合成法 |
| US07/660,034 US5243170A (en) | 1990-03-26 | 1991-02-26 | Method for deposition of hexagonal diamond using hydrogen plasma jet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2076324A JPH0649634B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 水素プラズマジェットを用いた六方晶ダイヤモンドの合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03275596A JPH03275596A (ja) | 1991-12-06 |
| JPH0649634B2 true JPH0649634B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=13602185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2076324A Expired - Lifetime JPH0649634B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | 水素プラズマジェットを用いた六方晶ダイヤモンドの合成法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5243170A (ja) |
| JP (1) | JPH0649634B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5349154A (en) * | 1991-10-16 | 1994-09-20 | Rockwell International Corporation | Diamond growth by microwave generated plasma flame |
| US5384195A (en) * | 1992-05-22 | 1995-01-24 | U.S. Philips Corporation | Antifriction body having an antifriction layer |
| CA2112308C (en) * | 1993-01-22 | 2000-08-15 | Louis K. Bigelow | Method of making white diamond film |
| US5554415A (en) | 1994-01-18 | 1996-09-10 | Qqc, Inc. | Substrate coating techniques, including fabricating materials on a surface of a substrate |
| US5731046A (en) | 1994-01-18 | 1998-03-24 | Qqc, Inc. | Fabrication of diamond and diamond-like carbon coatings |
| US5620754A (en) | 1994-01-21 | 1997-04-15 | Qqc, Inc. | Method of treating and coating substrates |
| US5698328A (en) * | 1994-04-06 | 1997-12-16 | The Regents Of The University Of California | Diamond thin film electron emitter |
| US5976206A (en) * | 1995-05-19 | 1999-11-02 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Method of making white diamond film |
| US5897924A (en) * | 1995-06-26 | 1999-04-27 | Board Of Trustees Operating Michigan State University | Process for depositing adherent diamond thin films |
| DE19604461C1 (de) * | 1996-02-08 | 1997-04-03 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mit mikroelektronischen Strukturen |
| US6274837B1 (en) * | 1999-06-16 | 2001-08-14 | Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. | Method and apparatus for in-situ solid state doping of CVD diamonds and diamonds so made |
| US7172745B1 (en) | 2003-07-25 | 2007-02-06 | Chien-Min Sung | Synthesis of diamond particles in a metal matrix |
| DE20311689U1 (de) * | 2003-07-28 | 2003-10-23 | Uhde High Pressure Technologies GmbH, 58093 Hagen | Hochdruckpumpenventil mit reversiblen Ventilsitzen |
| JP4984263B2 (ja) * | 2008-09-17 | 2012-07-25 | 住友電工ハードメタル株式会社 | ダイヤモンド膜及びその製造方法 |
| GB201809206D0 (en) | 2018-06-05 | 2018-07-25 | Pontificia Univ Catolica Madre Y Maestra Autopista Duarte Km 1 1/2 | Sp3-bonded carbon materials, methods of manufacturing and uses thereof |
| CN109262098A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-25 | 金合钻石刀具（深圳）有限公司 | 一种金刚石刀具 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140083A (ja) * | 1986-05-29 | 1988-06-11 | Nippon Steel Corp | 黒色透明外観のステンレス鋼およびその製造方法 |
| US4919974A (en) * | 1989-01-12 | 1990-04-24 | Ford Motor Company | Making diamond composite coated cutting tools |
| US4992082A (en) * | 1989-01-12 | 1991-02-12 | Ford Motor Company | Method of toughening diamond coated tools |
| US5096736A (en) * | 1990-08-07 | 1992-03-17 | General Electric Company | Cvd diamond for coating twist drills |
| US5052339A (en) * | 1990-10-16 | 1991-10-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition process and reactor |
-
1990
- 1990-03-26 JP JP2076324A patent/JPH0649634B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-02-26 US US07/660,034 patent/US5243170A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03275596A (ja) | 1991-12-06 |
| US5243170A (en) | 1993-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |