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ダイヤモンド合成方法およびダイヤモンド合成装置 新技術説明会

国内特許コード P130008978
整理番号 H23-93
掲載日 2013年4月4日
出願番号 特願2012-116559
公開番号 特開2013-241658
登録番号 特許第5963132号
出願日 平成24年5月22日(2012.5.22)
公開日 平成25年12月5日(2013.12.5)
登録日 平成28年7月8日(2016.7.8)
発明者
  • 齊藤 貴之
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
発明の名称 ダイヤモンド合成方法およびダイヤモンド合成装置 新技術説明会
発明の概要 【課題】高品質で信頼性の高いダイヤモンドを、従来よりも安価な装置と方法によって高速に合成することのできる、ダイヤモンド合成装置を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド合成装置10は、100Pa以下の真空状態を達成できる反応器1と、反応器1内に設けられた陰極3Aおよび陽極3Bと、両電極3A、3B間にアーク放電を起こすためのアーク源7と、および電極から生成するイオン化炭素が照射される基板2とからなり、両電極3A、3Bの少なくとも一方を炭素源とする。これにより、炭素含有気体または炭素含有液体を用いることなく、容易かつ高速で基板2上にダイヤモンドを合成することができる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


ダイヤモンドは、高硬度、耐摩耗性、半導体特性など独特な特性を有する炭素材料であり、研磨剤や種々の工具類に利用されている。従来のダイヤモンド合成方法には高圧合成法と低圧合成法がある。高圧合成法は、1200~2400℃の温度下で、かつ55000~100000気圧の環境下で行なう必要がある。一方、低圧合成法では大気圧付近での合成が可能であり、炭素含有ガスを原料とする気相合成法が主流である。



前記気相合成法には、熱フィラメント法、直流プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD法、燃焼炎法、直流プラズマジェットCVD法などがあるが、いずれも、プラズマにより低圧下で供給したメタンなどの炭素含有ガスが分解され、基板上に炭素のみが析出し、最終的にダイヤモンドが合成されるというものである。



各種合成法の中で、短時間の合成法としては前記直流プラズマジェットCVD法があげられ、簡易装置による合成法としては前記熱フィラメント法があげられる。直流ジェットプラズマジェットCVD法は、直流アーク放電または高周波アーク放電により数千度の高温プラズマを発生させ、これをジェット状に基板に照射することによってダイヤモンド膜を高速に成膜できる方法である(後掲特許文献1、2)。また熱フィラメント法は、メタノールを熱フィラメントにより分解させてダイヤモンドとして析出させる簡易合成法である(特許文献3)。

産業上の利用分野


本発明はダイヤモンド合成方法およびダイヤモンド合成装置に係り、特にダイヤモンドを簡易な装置と手法で合成することのできる、ダイヤモンド合成方法およびダイヤモンド合成装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
真空状態の反応器内に陰極および陽極を設け、両電極の少なくとも一方を炭素源とし、両電極間でアーク放電を起こすことにより、炭素含有気体または炭素含有液体を用いることなく、該炭素源とした電極から生成したイオン化炭素を基板に照射し、該基板表面にダイヤモンドを合成させるダイヤモンド合成方法であって、電圧100V以上、電流15A以上の電源から電力供給され、該陰極および陽極を1000℃以上に加熱するアーク放電発生可能なアーク源としてアーク溶接機を用いることを特徴とする、ダイヤモンド合成方法。

【請求項2】
前記反応器内の真空状態は100Pa以下とすることを特徴とする、請求項に記載のダイヤモンド合成方法。

【請求項3】
前記陰極の材料(以下「陰極材料」という。)として純度99%以上の固体炭素、または炭素由来材料のいずれかを用いることを特徴とする、請求項1または2に記載のダイヤモンド合成方法。

【請求項4】
前記陽極の材料(以下「陽極材料」という。)として前記陰極材料と同じ材料、炭素含有金属材料、または金属材料のいずれかを用いることを特徴とする、請求項1ないしのいずれかに記載のダイヤモンド合成方法。

【請求項5】
前記陰極材料または陽極材料の少なくとも一方の形状が棒状または板状であることを特徴とする、請求項またはに記載のダイヤモンド合成方法。

【請求項6】
前記基板として
〔A〕モリブデン、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、ハフニウム、ケイ素等の炭化物を形成する元素、
〔B〕金、イリジウム、オスミウム、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀等の貴金属元素、または
〔C〕〔A〕もしくは〔B〕のうち少なくとも一種類の元素を含む材料、
のいずれかを用いることを特徴とする、請求項1ないしのいずれかに記載のダイヤモンド合成方法。

【請求項7】
100Pa以下の真空状態を達成できる反応器と、該反応器内に設けられた陰極および陽極と、両電極間にアーク放電を起こすためのアーク源と、および該電極から生成するイオン化炭素が照射される基板とからなるダイヤモンド合成装置であって、両電極の少なくとも一方を炭素源とし、
該アーク源として、電圧100V以上、電流15A以上の電源から電力供給され、陰極および陽極を1000℃以上に加熱するアーク放電発生可能なアーク溶接機を用い、
これにより炭素含有気体または炭素含有液体を用いることなく該基板上にダイヤモンドを合成することのできる、ダイヤモンド合成装置。

【請求項8】
前記炭素源とする電極の材料として、純度99%以上の固体炭素、または炭素由来材料料のいずれかを用いることを特徴とする、請求項に記載のダイヤモンド合成装置。

【請求項9】
前記陰極材料または陽極材料の少なくとも一方の形状が棒状または板状であることを特徴とする、請求項7または8に記載のダイヤモンド合成装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012116559thum.jpg
出願権利状態 登録


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