高純度ダイヤモンド単結晶の合成と評価

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04453067
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 福長 脩 東京工業大学, 工学部, 教授 (20199251)
• 研究分担者: 神崎 正美 東京工業大学, 工学部, 助手 (90234153) ; 広中 清一郎 東京工業大学, 工学部, 助教授 (00016552)
• キーワード: ダイヤモンド単結晶 / 超高圧合成法 / フラックス結晶成長 / Fe-Ni系溶媒 / Fe-Co系溶媒

研究概要

高純度ダイヤモンド単結晶合成に適当な溶媒組成を探索するための、新しく開発したベルト型超高圧装置によりダイヤモンド合成実験を行った。高純度化のうち、最も重要な項目は窒素の除去である。Fe-NiおよびFe-Co系を基本溶媒として、これに、Ti,Nb,Moなど窒化物が安定な元素、あるいはMg,Sr,Caなど窒素との親和性のある添加物を基本溶媒に少量添加する方法を中心に検討した。その結果、特にTiの添加はダイヤモンド中の窒素の含有量を減少させるのに特に効果的であった。また、Mgも高圧領域では効果的であった。しかしながら、これらの窒素ゲッターの添加は結晶の形態を良好に保って成長させるのが困難で、とくに(111)面が乱れる傾向があった。また、Fe-Co系溶媒では特有な最低合成圧力が約5.2GPaにあり、これ以下の圧力ではダイヤモンドの核発生も成長も見られなかった。この原因を追求するために、基本溶媒に対する炭素の溶解度、溶媒中の炭化物の安定性について固化した溶媒を金相学的に観察することで推定する方法を開発した。また、直接に溶媒に対する炭素の溶解度を測定するために高圧DTA法を開発した。また、ダイヤモンドに溶解することが知られているNiの結合状態、電子状態を推定するための分子軌道法計算を行い、ESR測定結果との対応を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] S.NAKANO,H.IKAWA and O.FUKUNAGA: "High pressure reactions and formation mechanism of Cubic BN in the system BN-Mg_3N_2" Diamond and Related Materials. 2. 1168-1174 (1993)
• [文献書誌] S.NAKANO and O.FUKUNAGA: "New scope of high pressure-high temperature synthesis of Cubic boron nitride" Diamond and Related Materials. 2. 1409-1413 (1993)
• [文献書誌] S.NAKANO,H.IKAWA and O.FUKUNAGA: "Synthesis of Cubic boron nitride using Li_3BN_2,Sr_3B_2N_4 and Ca_3B_2N_4 as solvent-catalysts" Diamond and Related Materials. 3. 75-82 (1993)
• [文献書誌] 広中清一郎,甲本忠史,中村好雄,田辺隆喜: "結晶性高分子の摩耗に関するモルホロジー的研究" 石油学会誌. 36. 204-209 (1993)
• [文献書誌] Kudoh.Y,L.W.Finger,R.M.Hazen,C.T.Prewitt,M.Kanzaki,D.Veblen: "Phase E:a high pressure hydrous silicate with unique crystal chemistry" Phys.Chem.Minorals. 19. 357-360 (1993)
• [文献書誌] Xue.X.Stebhing.J.F.and M.Kanzaki: "Correlations between 0-17 NMR parameters and local structure around oxygen in high-pressure silicates and the structure of Silicato Melts at high pressure" Am.Mineral.79(印刷中). (1994)
• [文献書誌] 福長脩,大橋直樹: "セラミックデータブック'93(分担)" 工業製品技術協会, 3 (1993)