(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素、水素、窒素及び酸素を含むダイヤモンド−炭素材料であって、改質立方晶ダイヤモンドの形態の炭素とＸ線非結晶質相の形態の炭素とが、炭素の質量において（４０〜８０）：（６０〜２０）の比であり、以下の組成であるダイヤモンド−炭素材料：
炭素＝９１．５質量％〜９５．２質量％、
水素＝１．２質量％〜５．０質量％、
窒素＝２．１質量％〜４．８質量％、
酸素＝０．１質量％〜４．７質量％、
不燃性不純物＝０．１質量％〜１．５質量％。
【請求項２】
炭素に対して不活性な雰囲気下、密閉容器内、脱酸素平衡条件で炭素含有爆発性材料を爆発することを含み、
上記の爆発は、炭素含有爆発性材料を濃縮相で取り囲み、かつ、必要量の脱酸素剤を濃縮相中に含ませて行われ、
濃縮相中の脱酸素剤の質量と、用いる炭素含有爆発性材料の質量との比が、少なくとも０．０１：１であり、
以下の組成からなるダイヤモンド−炭素材料を製造することを含む、ダイヤモンド−炭素材料の製造方法：
炭素＝９１．５質量％〜９５．２質量％、
水素＝１．２質量％〜５．０質量％、
窒素＝２．１質量％〜４．８質量％、
酸素＝０．１質量％〜４．７質量％、
不燃性不純物＝０．１質量％〜１．５質量％、
（４０〜８０）：（６０〜２０）の質量％の比で、改質立方晶ダイヤモンド炭素と、Ｘ線非結晶質相炭素とを含んでいる。
【請求項３】
上記脱酸素剤として、酸素原子及びハロゲン原子を含まない残留性を有する無機組成物又は有機組成物を用いることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素の化学材料に関し、特に、改質立方晶ダイヤモンド相（cubic diamond modification）の炭素、及び、Ｘ線非晶質相（x-ray amorphous phase）の炭素を含有する、炭素を主成分とする材料からなる化学材料及びその製造技術に関する。特に、ダイヤモンド−炭素を主成分とする材料を生産するための爆発法による製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる位相の炭素を含有するさまざまな複合材料、及び、炭素含有爆発性材料から爆発合成法を用いて製造されるさまざまな複合材料が知られている。例えば、炭素化学の分野の専門家は、様々な改質がなされた炭素と、さらに、炭素を主成分とする材料の爆発条件に基づく、立方晶ダイヤモンド相の炭素を含有する又は含有しない炭素と、を主成分とする材料からなる濃縮炭素（ＣＣ）に精通している。上記の濃縮炭素（ＣＣ）は、濃縮炭素の材料を爆発し続けることができる条件下である、特定の環境で、且つ、脱酸素平衡条件（negative oxygen balance）で、炭素含有爆発性材料を爆発させることで製造することができる（非特許文献１〜５を参照）。濃縮炭素（ＣＣ）又はダイヤモンド−炭素を主成分とする材料の製造方法には、下記のような様々な環境に変化させて、炭素含有材料を爆破することが含まれていてもよい：
−  炭素に対して不活性なガス雰囲気下（例えば、窒素雰囲気下、二酸化炭素（炭酸）雰囲気下、前爆破の完全燃焼残物の雰囲気下）（特許文献１を参照）。
−  水性発泡体中（非特許文献６を参照）。
−  爆薬通水条件下（charge water irrigation）（特許文献２を参照）。
−  水で覆われた条件下（特許文献３を参照）。
−  氷中（特許文献４を参照）。
【０００３】
全ての現存する炭素含有爆発性材料の爆発方法の中で、濃縮炭素（ＣＣ）及びダイヤモンドの改質物を作り出すための最も効果的な方法は、水で覆われた条件下で又は氷で覆われた条件下で装薬して爆発させる方法である（非特許文献７及び特許文献４を参照）。
【０００４】
用いることができる濃縮炭素（ＣＣ）は、特有の性質及び特有の構造を備えるナノ分散炭素含有粉末である。例えば、濃縮炭素（ＣＣ）は、高い分散能、広い比表面積、新しく開発された炭素欠陥構造の存在、増加する反応性により特徴付けられる。
【０００５】
下記ａ）〜ｅ）の条件を満たし、全ての直径が０．１Ｍを超えない球状の粒子及び不定形の粒子の集合体から構成されるダイヤモンド−炭素を主成分とする合成材料が知られている（特許文献５を参照）：
ａ）  ７５．０質量％〜９０．０質量％の炭素、０．８質量％〜１．５質量％の水素、０．８質量％〜４．５質量％の窒素、残りの割合以下の酸素からなる元素組成、
ｂ）  １０質量％〜３０質量％の非晶質炭素、残りの割合以下の改質立方晶ダイヤモンドからなる位相、
ｃ）  ０．６ｓｍ３／ｇｒ〜１．０ｓｍ３／ｇｒの間隙体積である多孔質構造の材料、
ｄ）  非補償結合（noncompensated connection）により、炭素原子である材料表面の１０％〜２０％にわたる、ＮＭＲスペクトルで様々な化学シフトを有する、ニトリト基（nitrite）、第一級ヒドロキシル基、及び、第二級ヒドロキシル基が存在し、且つ、炭素原子である材料表面の１％〜２％にわたって、カルボニル基、カルボキシル基、グアニン基、ヒロドペルオキシド基及びラクトン基からなる一群から選ばれる一つ又はそれ以上のオキシカルボキシル官能基が存在している材料表面、及び、
ｅ）  ２００ｇＭ２／ｇ〜４５０ｇＭ２／ｇの比表面積。
【０００６】
上述の材料は、主に、脱酸素平衡条件で、炭素含有爆発性材料又はその混合物を含む大量の爆薬を装薬し密閉することによる、爆発合成法により製造される。装薬爆発は、０．１体積％〜６体積％の酸素、及び、炭素に対して不活性なガスの雰囲気下で、且つ、３０３Ｋ〜３６３Ｋの温度条件で、０．０１ｋｇ／ｍ３〜０．０１５ｋｇ／ｍ３の濃度の炭素粒子存在中で開始される（特許文献５を参照）。この方法は、主に少なくとも一つの炭素を含有する固体の爆薬を脱酸素平衡条件下で装薬すると共に、圧力室内で行われる。
【０００７】
炭素、酸素、水素、窒素及び様々な不燃性不純物を含む、「ダイヤモンド−炭素材料（diamond-carbon material）」という名前の濃縮炭素（ＣＣ）が知られている（特許文献１を参照）。また、上記の濃縮炭素（ＣＣ）は、改質立方晶ダイヤモンド相の炭素、Ｘ線非晶質相の炭素、及び、改質ダイヤモンドではない結晶炭素を、以下の炭素相改質割合で含有し：
改質立方晶炭素（ダイヤモンド相）＝３０質量％〜７５質量％、
Ｘ線非晶質相の炭素の相＝１０質量％〜１５質量％、
改質結晶炭素、及び、その他の炭素、
そして、以下の元素組成を有する：
炭素＝８４．０質量％〜８９．０質量％、
水素＝０．３質量％〜１．１質量％、
窒素＝３．１質量％〜４．３質量％、
酸素＝２．０質量％〜７．１質量％、
不燃性不純物＝２．０質量％〜５．０質量％。
【０００８】
上述のダイヤモンド−炭素材料の製造方法には、改質立方晶炭素（ダイヤモンド相）、Ｘ線非晶質相の炭素の相、及び、改質結晶炭素を含む材料を爆発製造する工程と共に、炭素に対して不活性な空気を含むガス下の密閉空間で、炭素含有爆発性材料からなる爆薬を装薬し起爆する工程が含まれる。炭素含有材料の装薬した爆薬の初期の爆発により作られる爆発生成物の冷却は、薄く透き通る環境（gauzy environment）のガスを含む雰囲気下で、２００degree／min〜６０００degree／minの速度で実行される。
【０００９】
しかしながら、上述したダイヤモンド−炭素材料の製造方法は、７．８質量％以下というダイヤモンド−炭素材料の低い生産水準を有し、高い品質の材料を高い効率で得ることができない。例えば、ダイヤモンド−炭素材料の最も重要な元素である炭素が低い含有量のものが得られる。最終的な生成物には、大量のヘテロ原子が含まれる。ヘテロ原子としては、主に、ダイヤモンド−炭素材料の過剰な化学的活性をもたらす、ラクトン基、エーテル基、及び、アルデヒド基として存在する酸素である。この事実は、ダイヤモンド−炭素材料を用いることで、その構成における劣化の進行の可能性を増加する。例えば、この可能性は、特に、作用温度を高くした場合であって、高分子材料及び油性分中で用いた場合に増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５９１６９５５号（Ｃ１）
【特許文献２】ロシア特許第２０３６８３５号（Ｃ１）
【特許文献３】米国特許第５３５３７０８号（Ｃ１）
【特許文献４】ロシア特許第２２３０７０２号（Ｃ）
【特許文献５】米国特許第５８６１３４９号（Ａ）
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Lyamkin A.I., Petrov E.A., Ershov A.P. and others. Diamond acquisition from explosive materials, DAN USSR, 1988, t.302, p.611-613
【非特許文献２】Greiner N.R., Phillips D.S., Johnson F.J.D. Diamonds in detonation soot, Nature, 1988, vol. 333, p.440-442
【非特許文献３】Petrov V.A., Sakovich G.V., Brylyakov P.M. Diamond keeping conditions at detonation, DAN USSR, 1990, t.313, N<<4, p.862-864
【非特許文献４】V.Y.Dolmatov. Superdispersed diamonds of detonation sinthesis: characteristics and use, Chemistry progress, 2001 t.70(7), p.687-708
【非特許文献５】V.Y.Dolmatov, Superdispersed diamonds of detonation synthesis, St. Petersburg, SPbGPU, 2003, 344p
【非特許文献６】Petrov V.A.,Sakovich G.V., Brylyakov P.M. Diamonds keeping conditions at detonation, DAN USSR, 1990, t.313, NO4, p.862-964
【非特許文献７】V.Y.Dolmatov. Superdispersed diamonds of detonation synthesis, St. Petersburg, SPbGPU, 2003, 344 p
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、所望の位相状態で高い含有率の炭素を有し、予測通りの性質と、予測通りの元素組成とを有する、ダイヤモンド−炭素材料の製造技術を開発することにある。
【００１３】
発明の開発段階で、本発明の課題は、炭素を主成分とする材料から、爆発合成法を用いて、ダイヤモンド−炭素材料の表面の酸化を防ぎ、得られるダイヤモンド相の完全性がもたらされる条件下で、所望の改質がなされ且つ所望の位相構成である高濃度の炭素を有するダイヤモンド−炭素材料を製造する方法を開発することに設定された。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題は、炭素、水素、窒素及び酸素を含有するダイヤモンド−炭素材料を製造することにより解決された。上記のダイヤモンド−炭素材料の特徴は、炭素の質量に対してそれぞれ、（４０質量％〜８０質量％）：（６０質量％〜２０質量％）の質量割合の、改質立方晶ダイヤモンド相の炭素、及び、Ｘ線非晶質相の形態の炭素を含み、以下の元素組成を有する材料である：
炭素＝８９．１質量％〜９５．２質量％、
水素＝１．２質量％〜５．０質量％、
窒素＝２．１質量％〜４．８質量％、
酸素＝０．１質量％〜４．７質量％、
不燃性不純物＝０．１質量％〜１．５質量％。
【００１５】
上記の課題は、濃縮相の状態で、炭素に対して不活性な薄く透き通る環境において、密閉された容量中で、脱酸素平衡条件を用いて、炭素含有爆発性材料を爆発することを含む、ダイヤモンド−炭素材料の製造方法を開発することにより解決された。上記の方法は、濃縮相中で、用いた炭素含有爆発性材料の質量に対して、少なくとも０．０１：１の質量比の脱酸素剤を含む、濃縮相カバー内に導入した炭素含有爆発性材料を爆発させ、炭素の質量に対してそれぞれ、（４０質量％〜８０質量％）：（６０質量％〜２０質量％）の質量割合の、改質立方晶ダイヤモンド相の炭素、及び、Ｘ線非晶質相の形態の炭素を含み、以下の元素組成を有する生成物を得ることにより特徴付けられる：
炭素＝８９．１質量％〜９５．２質量％、
水素＝１．２質量％〜５．０質量％、
窒素＝２．１質量％〜４．８質量％、
酸素＝０．１質量％〜４．７質量％、
不燃性不純物＝０．１質量％〜１．５質量％。
【００１６】
本発明によれば、脱酸素剤としての有機化合物及び無機化合物を用いることが妥当であり、水素原子及びハロゲン原子が含まれていない脱酸素剤としての有機化合物及び無機化合物を用いることが好ましい。
【００１７】
また、上記の設定された課題は、炭素を用いた爆発法による爆発合成により、ダイヤモンド−炭素材料を製造し、さらに、１２０℃〜１４０℃の温度条件、０．０１Ｐａ〜１０．０Ｐａの真空条件、３時間〜５時間で上述の最終的な生成物を調製することを含む化合物成分の検査を行い、酸素フローにより、高速で、４０秒間〜５０秒間、且つ、１０５０℃〜１２００℃の温度で、完全燃焼処理する方法を開発することにより達成された。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係るダイヤモンド−炭素材料の製造方法のプロセスは、四つの段階に分けることができる。
【００１９】
（１．第１段階）
爆発性炭素含有材料の爆発による形質転換は、主に、形質転換のプロセスに影響せず、材料の外部表面、及び、装薬した爆薬の周囲環境の特徴により制限され、装薬した爆薬の体積に基づく範囲で起こる。
【００２０】
研究の結果によれば、脱酸素平衡条件で爆発性材料を爆発させると、濃縮形態を保つ「過剰な」炭素の生成を導く。「過剰な」炭素の一部は、爆発後、改質立方晶ダイヤモンド相に形質転換する。
【００２１】
液体又は固体の凝集体の環境中に装薬し爆発させることにより（例えば、爆発生成物の放出を防ぐことができる水及び氷で満たされたプール中で爆発させる場合）、ダイヤモンド及び液体炭素が存在する環境である、爆発により生じる高圧且つ高温の複合体の存在する時間を増加するための状態を生み出す。
【００２２】
また、カバー（例えば氷又は水の形態）を含む濃縮相（液体又は固体の集合体の状態両方）の内部に装薬し爆発させることにより、爆発生成物を含む長期間存在するプラズマを導く初期の爆発により作られる爆発生成物が、より長い期間その状態を保持し続けることができ、且つ、より効率的に「過剰な」炭素をダイヤモンド相に形質転換することができる。
【００２３】
（２．第２段階）
本形質転換段階は、爆発プロセスの完結後に開始する。この段階では、改質立方晶ダイヤモンド相を保持するために、化学転換域（chemistry transformation zone）を生み出す、ガスの力による爆発生成物の高速冷却をもたらすことが非常に重要である。
【００２４】
真空中の爆発に起因するガスの力による最高速の冷却は、高い放出速度が原因で生じることが知られている。しかしながら、爆発生成物が爆発室の壁に打ち付けられるにつれて、爆発生成物の運動エネルギーは熱エネルギーに転換する。爆発室の温度は高速で上昇し、非常に高い温度に達し、全てが爆発室の壁に打ち付けられ沈静化した後、温度は、爆発時の温度に近い「〜３５００Ｋ」となる。爆発室の温度の低下よりも速い速度で爆発室の圧力が低下するにつれて、改質立方晶ダイヤモンドは完全にグラファイトに形質転換する。その後、全ての濃縮炭素（ＣＣ）は、長時間にわたる高温の影響により気化する。このような理由から、真空爆発において改質立方晶ダイヤモンドは保持されない。
【００２５】
ガスの力による最低速の冷却によれば、爆発生成物の放出物は、大量の氷又は水のカバーにより囲まれる。従って、爆発生成物の最大規定温度は、水により効率的にエネルギーが奪われるため、５００〜８００Ｋを超えない（特許文献４及び非特許文献「V.A. Mazanov. Macrokinetics of condensed carbon and detonational nanodiamond preservation in hermetic explosive chamber, solid body physics, 2004, t.46, iss.4, p.614-620」を参照）。
【００２６】
不活性ガス雰囲気中での爆発の強度でのガスの力による冷却によれば、真空中の爆発による冷却と、濃縮相（水又は氷の形態である）（カバー爆発）による冷却との中間の温度をもたらす。これは、ガス雰囲気下での爆発生成物の放出速度が、真空中の爆発による速度より低く、水及び氷カバーによる速度よりも高いことによる。
【００２７】
濃縮炭素（ＣＣ）の存在は、主に、爆発室内の残留温度により決定される（残留温度が低ければ低いほど、ダイヤモンド−炭素材料の生成量が多い）。そして、爆薬を囲む濃縮カバーを用いることは、最高速の冷却をもたらすため、最も好ましいようである。
【００２８】
（３．第３段階）
ダイヤモンド−炭素材料を爆発合成する本段階は、爆発室の壁からの衝撃波の反射（爆発室内雰囲気下で、衝撃波の循環、物質の密度、圧力及び温度の急激な増加のプロセスと同時に起こる超音速の拡張、及び、爆発生成物を混合する乱流が発生する）の後である。爆発室内雰囲気の最大規定温度は、爆発材料の質量比及びガスの要素（即ち、化学環境活量（chemical environment activity）及びガス熱容量）に依存する。
【００２９】
（４．第４段階）
炭素含有爆発性材料の爆発による、冷却カバーにより制限される熱環境は、集中的に冷却される。爆発及び爆発生成物の解放後、爆発室内には、様々な種類の薄く透き通る生成物（gauzy products）（ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２、ＣＨ４、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ）、及び、高い放射能力（radiate capability）の濃縮炭素（ＣＣ）粒子の高分散懸濁物が含まれる。したがって、上記の環境冷却プロセスは、伝達及び放射を介する混合される熱移動により特徴付けられる。環境冷却プロセスでは、爆発波における導電性プロファイルの測定法を用いて、改質立方晶ダイヤモンドの形成時間が、０．２〜０．５ｍｃｓ（マイクロセカンド）を超えないということが決定された。これは、トリニトロトルエン−サイクロナイトの爆発性混合組成物（圧縮されたもの及びリチウムの両方）における化学反応域（chemical reaction zone）の広さに相当する（非特許文献「Staver A.M., Ershov A.P., Lyamkin A.I. Research on detonation transformation of condensed explosives by electroconductivity method. Physics of burn and explosion 1984」を参照）。
【００３０】
発明者らは、固体の濃縮炭素（ＣＣ）粒子が、爆発により形成される薄く透き通る酸化性物質（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＯ、Ｏ２、Ｎ２Ｏ３、ＮＯ２）の影響下でガスに転換する、第１段階の爆発で形成される一部として、濃縮炭素（ＣＣ）粒子が、上述の酸化性物質の量が足りないことに起因して、ガス化されないまま維持されるということについて論ずることができる。
【００３１】
いかなる反応も受けていない固体の濃縮炭素（ＣＣ）粒子は官能基カバーを有する。全ての酸化性物質が酸素を含んだままで、薄く透き通る酸化性物質に対する表面の官能基の相互作用により、酸素を含まない主要な官能基を、酸素を含む官能基に変換することができる。
【００３２】
重要な脱酸素剤の機能（酸化性物質から炭素の酸化を妨げる機能）を利用することは、炭素粒子表面を酸化から妨げる状態を生み出す。従って、ダイヤモンド−炭素材料の炭素含有量をかなり増加するための製造条件である。以下の研究の結果として、この増加により、酸素含有量の減少を達成することができ、窒素及び水素の含有量を不十分とする。
【００３３】
発明者らは、ダイヤモンド−炭素材料の高い酸素含有量は、一部の技術で効果的に用いることを妨げるという事実を見出した。例えば、油分に添加してダイヤモンド−炭素材料を用いる場合、大量の酸素を利用できることにより、材料の酸化能が増加する。
【００３４】
濃縮炭素（ＣＣ）の最大生産量（１２％）は、１５００±１５０Ｋの規定温度での条件下のガス室内で炭素含有材料の爆発により達成される。３０００〜３５００Ｋまでガス室内の温度を増加させると、０まで生産量が減少し得ることが、発明者らにより示された（非特許文献「V.A. Mazanov. Macrokinetics of condensed carbon and detonational nanodiamond preservation in hermetic explosive chamber, solid body physics, 2004, t.46 iss.4, p.614-620」を参照）。
【００３５】
用いた改質立方晶ダイヤモンド及びダイヤモンド−炭素材料の成分組成を維持する可能性は、単一の総反応（３）として存在し得るガス室内での二酸化炭素（１）の作用及び水蒸気（２）の作用による濃縮炭素（ＣＣ）のガス化の異相吸熱反応の強さに依存している。
【００３６】
Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯ−１７２．４ｋＪ／ｍｏｌ（１）
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２−１３０．１ｋＪ／ｍｏｌ（２）
Ｃ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→３ＣＯ＋Ｈ２−１５１．３ｋＪ／ｍｏｌ（３）
二つの競争プロセスが高温下の爆発室内で発生する（濃縮炭素（ＣＣ）のガス化（初期により活性である非ダイヤモンド炭素）、及び、改質立方晶ダイヤモンドのグラファイト化）。
【００３７】
従って、発明者らは、爆発で得られる爆発生成物への最小限の影響の可能性、生成物、並びに、爆発生成物及びガス化を避けるために生成物冷却の最大可能速度をもたらすことができる合成条件を開発することが妥当であるということを見出した。
【００３８】
以下の発明では、爆薬の濃縮カバー中に脱酸素剤を投入することでいくつかの効果を得ることができる。
【００３９】
１．脱酸素剤は、最も活性のある化学成分である酸化性物質と結びつくことにより、爆発プロセスの三段階において、炭素粒子表面の酸化を防ぐ。結果として、濃縮炭素（ＣＣ）の更なる利用を妨げるヘテロ原子（酸素）の含有量は、０．１％まで急激に低下し、そして、全く不活性で且つ中性の水素により置き換わる。炭素の含有量は９５．２％まで増加する。
【００４０】
２．爆発室の温度は、高温下での酸化性物質の部分分解により急激に低下する。そして、それにより、ガス化プロセス（反応１〜３）、及び、「凝固」相転換したダイヤモンド−グラファイトが減少する。
【００４１】
従って、酸化性物質の投入は濃縮炭素（ＣＣ）の生産量を増加させることができる。
【００４２】
本発明は、本発明に係るダイヤモンド−炭素の製造方法を実施した実施例により説明することができる。
【００４３】
炭素含有爆発性材料の混合物は、通常、濃縮炭素（ＣＣ）の合成に用いられている（例えば、トリニトロトルエンの混合物及び３０〜７０％のトリニトロトルエンを含有するヘキソーゲン又はオクトーゲン）。また、トリニトロトルエン、ヘキソーゲン又はオクトーゲンと混合したトリニトロトリアミンベンゾールも用いることができる。
【００４４】
以下の炭素含有爆発性材料を選択し実験を行った。
・トリニトロトルエン及びヘキソーゲンの混合物からなる爆薬であって、５０／５０の割合により１５００ｋｇ／ＳＭ２の圧で圧縮したもの（実施例１〜１８）、及び、６５／３５の割合により溶融したもの（実施例１９，２０）。
・トリニトロトルエン及びオクトーゲンの混合物からなる爆薬であって、６０／４０の割合により１５００ｋｇ／ＳＭ２の圧で圧縮したもの（実施例２１）。
・トリニトロトリアミンベンゾール及びオクトーゲンの混合物からなる爆薬であって、５０／５０の割合により１５００ｋｇ／ＳＭ２の圧で圧縮したもの（実施例２２）。
【００４５】
従来の爆薬の形を選択した（直径が４８．５ｍｍで、爆薬の長さが１６７．１ｍｍの固体の円筒及び円筒形のカートリッジ）。
【００４６】
爆薬の爆破は、爆薬内に端を接合した電気雷管を用いて実現した。
【００４７】
炭素含有爆発性材料の爆薬は濃縮相カバー内に投入した。濃縮相カバーとしては、液体凝集状態にある水中の脱酸素剤の溶液（実施例１〜１６，１８，１９，２１，２２）若しくは氷状態中の脱酸素剤の溶液（実施例２０）、又は、圧縮された固体の脱酸素剤からなる爆薬保護装として作られたカバー中（実施例１７）である。上記の濃縮相カバーの質量は、４．０ｋｇ〜６．０ｋｇである。液体凝集状態のカバーは、円筒形のポリエチレン・バッグであり、脱酸素剤の溶液及び爆薬の濃縮相で満たされており、バッグの中で漂っている。脱酸素剤としてアダマンタンを用いたカバーの固体凝集状態の場合、カバーは、表面全体を覆う外部保護装のようである。
【００４８】
以下の脱酸素剤を用いた：ジメチルヒドラジン（実施例１〜５，１９）、ウロトロピン（実施例６〜１０，２０〜２２）、アンモニア（実施例１１〜１３）、カルバミド（実施例１４〜１６）、アダマンタン（実施例１７）、アセトニトリル（実施例１８）であって、脱炭素剤の質量の用いた爆発材料の質量に対する比が（０．０１〜１０）：１．０の範囲内で異なる脱炭素剤。
【００４９】
以下の方法で実験を行った。カバーした爆薬を、上部ハッチから爆発室内に導入した。爆発室はステンレス鋼製であり、体積が１ｍ３であり、事前の爆破の薄く透き通る生成物（gauzy products）で満たされている。爆発室を密閉してから爆薬を爆破する。
【００５０】
爆破から３０分後に、得られた水の懸濁液を、許容量より低量として回収した。次に、水の懸濁液を、２００ｍｃｍの市販のふるいにかけ、乾燥した。乾燥して得られたものを、破砕し、８０ｍｃｍの市販のふるいにかけ、その後、得られた生成物のサンプルを、本発明に係る元素組成について更なる調査を行うために準備した。
【００５１】
上記の目的のために、得られた生成物のサンプルを、３時間〜５時間、０．０１Ｐａ〜１０．０Ｐａの真空条件で１２０℃〜１４０℃の温度に維持し、急速に１０５０℃〜１２００℃の温度条件下で酸素フローにより４０秒〜５０秒間処理し、燃焼物を得た。
【００５２】
実験によりダイヤモンド−炭素材料が８質量％〜１４質量％の揮発性不純物（主に水、窒素酸化物、水素酸化物）を含んでいるということを決定した。１２０℃〜１２５℃の温度に加熱した標準空気により上記の不純物を除去することは、微小孔中の吸着力により強力に結合しているため、不可能である。
【００５３】
より高い温度の加熱温度に上げることは、非ダイヤモンド炭素粒子の分解や可燃性のために危険である。
【００５４】
揮発性の不純物を完全に除去するために、残留圧０．０１Ｐａ〜１０．０Ｐａの真空条件を用いるべきである。温度は１２０℃〜１４０℃の範囲内に保つべきである。
【００５５】
０．０１Ｐａ真空条件では１２０℃の温度で十分であり、１０．０Ｐａ真空条件では１４０℃の温度で十分である。０．０１Ｐａ未満の圧力を維持することは、経済的理由から妥当ではなく、１０．０Ｐａを超える圧力を維持することは、揮発性不純物が完全に除去できないため妥当ではない。１４０℃以上の高い温度は、不安定な非ダイヤモンド炭素の一部が破壊される原因となる。
【００５６】
３時間〜５時間の加熱時間は、揮発性不純物の完全な除去を保証する。３時間の場合、０．０１Ｐａで１２０℃であれば十分であり、一方で、５時間の場合は、１０．０Ｐａで１４０℃を必要とする。
【００５７】
有機化学の標準方法論は、ダイヤモンド−炭素材料の元素組成を決定するために通常用いられている（酸素フローでの加熱温度は、５秒間、８５０℃〜９００℃である）。しかしながら、ダイヤモンド−炭素材料は、何れかの有機化合物による酸化に対する耐性により大きく異なる。したがって、上述した条件は、ダイヤモンド−炭素材料を構成する成分を完全に酸化するには十分ではない。ダイヤモンド−炭素材料の完全な酸化（燃焼）をもたらす温度は、４０秒〜５０秒の加熱時間で１０５０℃〜１２００℃である。この条件は、「Hewlett Packard（USA）」の装置ＪＹｏ１８５を用いることで達成することができる。
【００５８】
上述の方法により得られる合成生成物のサンプルに対して以下の実験を行った。
・サイズに関する材料粒子の量的分布を決定するための小角度分散法を用いた実験。
・表面に存在する成分（酸素含有官能基、アミン基及びアミド基）を決定するためのポーラログラフ滴定を用いた実験。アミン基、アミド基、ヒドロキシル基、カルボキシル基は、還元電位及びＩＲ分光法のデータに対応する数値により同定される。
・６６３Ｋ〜６７３Ｋの温度で３時間加熱することで、放出するメタンの量に対する、放出するガスの成分により、表面に広がる官能基の存在を同定するためのガス・クロマトグラフィ分析を用いた実験。ガス・クロマトグラフィ分析の前に、一定の重量の生成物が得られるまで（２４時間）、得られた生成物を、真空（０．１Ｐａ）条件下で４７３Ｋに加熱した。加熱プロセスで、得られた生成物表面に、あらかじめ吸収したガスを含む揮発性生成物は、ガス・クロマトグラフィ分析で除去され放出する。上記ガス（ＣＨ４、Ｈ２、ＣＯ２、ＣＯ、Ｏ２、Ｎ２及びＮＨ３）は、濃縮炭素（ＣＣ）表面に化学的に結合した官能基の分解によって形成するガスである。
・得られた生成物における炭素形態の分布を分析するためのＸ線光電子分光法（ＸＰＥＳ）を用いた実験。
・小角分散法を用いた実験（非特許文献「Svergoon D.I., Feigin L.A. x-ray and neutron small-angle dispersion, Moscow, izd<Nauka>, 1986, 280p」を参照）。
・比表面積を決定するための低温吸着窒素法の粉末法を用いた実験（さらにＢＥＴ）（非特許文献「Gerasimov Y.M. and others. Physical Chemistry. T.I, edition 2., Moscow, izd.<Chemistry>, 1969, p.592」を参照））。
【００５９】
実験の結果を表に示す。
【００６０】
〔表〕
本発明の方法による本発明に係るダイヤモンド−炭素材料の製造。
【００６１】
【表１】
0005572317.tif 000002
0005572317.tif 000003
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【００６２】
実験から、本発明に係る方法により製造されるダイヤモンド−炭素材料が、以下の特質を有する黒色粉末であることが判った。
・１５０ｍ／ｇ〜５５０ｍ／ｇの比表面積（低温吸着窒素法の粉末法を用いて比表面積で決定されたもの（さらにＢＥＴ））（非特許文献「Gerasimov Y.M. and others. Physical Chemistry. T.I, edition 2., Moscow, izd.<Chemistry>, 1969, p.592」を参照））。
・２ｎｍ〜６ｎｍの平均粒子サイズ（小角度分散法を用いて決定されたもの）。
・２．０ｇ／ｓｍ３〜２．６ｇ／ｓｍ３の比重。
【００６３】
得られる生成物（主に、金属酸化物及び金属炭化物）の不燃性粒子の含有量は、爆発合成の条件、爆発室の壁の物質構造、及び、爆発室の摩擦度に依存し、１．４質量％〜４．８質量％の量であり得る。
【００６４】
実験において、ダイヤモンド−炭素材料の試験サンプルの、Ｘ線の図には、ダイヤモンド相の炭素を示す三本の線と、Ｘ線非結晶質相の炭素を示すｄ＝０．４２ｎｍで幅広い最大値との二種類だけが含まれることが示された。後者の幅広い最大値の存在は、１時間〜５時間での６７３Ｋの温度の空気酸素による、又は３時間〜８時間沸騰させている間に９８％硝酸でエッチングすることによる濃縮炭素（ＣＣ）の部分酸化後に明白に見出された。
【００６５】
材料粒子の分布について、小角度分散法を用いて試験した。粒子サイズの分布は、４０Å〜６０Åの中間が最大であることを特徴としている。即ち、炭素相は、粒子サイズとは相違しない。
【００６６】
ガス・クロマトグラフィ分析により、真空で、６６３Ｋ〜６７３Ｋで３時間加熱したサンプル質量１．０ｇから下記のガスが放出することが示される：
メタン＝０．１２ｓｍ３／ｇ〜０．６０ｓｍ３／ｇ、
水素＝０．１８ｓｍ３／ｇ〜０．３３ｓｍ３／ｇ、
二酸化炭素＝０．０１ｓｍ３／ｇ〜０．４６ｓｍ３／ｇ、
一酸化炭素＝０．０１ｓｍ３／ｇ〜０．１３ｓｍ３／ｇ、
酸素＝０．００ｓｍ３／ｇ〜０．０２ｓｍ３／ｇ、
窒素＝０．３９ｓｍ３／ｇ〜２．０４ｓｍ３／ｇ、
アンモニア＝０．０６ｓｍ３／ｇ〜０．２１ｓｍ３／ｇ、
全てのガス放射は、０．８２ｓｍ３／ｇ〜３．２２ｓｍ３／ｇ。
【００６７】
この得られたデータに基づいて、製造された濃縮炭素（ＣＣ）の表面上に以下の表面官能基が存在することがわかった：メチル基（メタンの放出）、カルボキシル基（二酸化炭素及び酸素の放出）、アミン基（アンモニアの放出）、アミド基、カルボニル基、ヒドロキシル基。
【００６８】
ポーラログラフ滴定により、多くのサンプルにカルボキシル基が存在すること、及び、一部のサンプルにカルボニル基が存在することが決定された。
【００６９】
ナノダイヤモンドの分野の専門家は、酸化剤エッチングが、強力な酸化性物質で処理した場合の、ダイヤモンド−炭素材料粒子表面からの材料の層的除去であることを十分知っている。
【００７０】
酸素及び水素は、粒子の上層に分布している。すなわち、材料の層的除去により、エッチング後に残った材料の一部で酸素及び水素の割合が減少し得るが、炭素の割合は増加し得る。窒素は粒子中に均等に分布しているので、窒素の割合は変化しない。
【００７１】
したがって、ダイヤモンド−炭素材料粒子の無酸化剤エッチングでは、残留材料での窒素の割合を変化させる。さらに、上述の既知のダイヤモンド−炭素材料（特許文献「米国特許第５９１６９５５号（Ａ）」を参照）とは異なり、窒素が、ダイヤモンド相の炭素及びＸ線非結晶相の炭素の固体中に均等に広がっている。
【００７２】
表に示されたデータに基づき、下記のことを結論づけることができる。
【００７３】
濃縮相の脱酸素剤の分散量として、用いた爆発材料の質量に対して０．０１質量％〜１０質量％の量が覆っている。濃縮相の脱酸素剤の分散量は、元素組成（炭素が９１．５ｍａｅ．％以上、水素が１．５ｍａｅ．％以上、酸素が１．５ｍａｅ．％、窒素が２．２〜２．９ｍａｅ．％の範囲内）の本質的な変化に関し合理的で肯定的な効果がある。
【００７４】
爆発材料の質量の１０倍を超える量の脱酸素剤の投入は、経済的に合理的ではない。
【００７５】
濃縮炭素（ＣＣ）の生成率及び濃縮炭素（ＣＣ）中の炭素濃度の最大値は、爆発材料の質量及び脱酸素剤の質量が１：１０の比で達成される。脱酸素剤の質量のさらなる増加は、爆発室及びプロセスからダイヤモンド−炭素材料の採取することに関し技術的に複雑な問題をもたらし得る。
【００７６】
本発明に係る方法により製造されるダイヤモンド−炭素材料の物理化学的性質は、非常に有効な複合材料のナノサイズの構成要素として、当該ダイヤモンド−炭素材料を用いることができる。
【００７７】
並行試験を、異なった方法により製造されたダイヤモンド−炭素材料を用いることにより、行った。水中ポンプのための油分を、以下の材料を添加物として利用することで製造した。
【００７８】
Ａ）本発明に係る方法により得られるダイヤモンド−炭素材料であって、以下の組成からなり：炭素＝９４．５質量％、水素＝１．２質量％、窒素＝２．５質量％、酸素＝０．８質量％、不燃性不純物＝１．０質量％、以下の炭素を含むもの：改質立方晶ダイヤモンドの炭素＝７２％、及び、Ｘ線非結晶質の炭素＝２８％。
【００７９】
Ｂ）上述した爆発法（特許文献「米国特許第５９１６９５５号（Ａ）」を参照）により製造されたダイヤモンド−炭素材料であって、以下の構造を有し：炭素＝８８．８質量％、水素＝１．１質量％、窒素＝３．１質量％、酸素＝４．９質量％、不燃性不純物＝２．１質量％、以下の炭素を含むもの：立方晶ダイヤモンド相＝４２％、及び、他の形態の炭素＝５８％。
【００８０】
並行試験の結果は、油分の流れが閉鎖循環系である水中ポンプ中で添加物として材料Ｂを添加した油分を利用することにより、１８時間の稼働で完全に油分が樹脂化し、表面が摩擦で擦り切れることによりポンプが故障するという結果となった。
【００８１】
本発明に基づく材料Ａを加えたオイルを用いることは、表面の磨り減りと共に、油分の樹脂化や、ダイヤモンド粒子の凝縮（接着）をもたらさない。従って、本発明に係るダイヤモンド−炭素材料は、従来のダイヤモンド−炭素材料に比べて、よりよい成分及び位相構成を備えており、様々な分野の科学及び技術を用いることにより、より安定な予想できる特性を導くことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係るダイヤモンド−炭素材料は、幅広い技術により、幅広い用途を見出すことができる。例えば、用途として、研磨仕上げ処理組成物、フィルム・コーティング組成物、放射線抵抗性材料が挙げられる。本発明に係るダイヤモンド−炭素材料は、本発明に係る方法により製造され、その方法は、既存の設備及び利用可能な爆発性材料を用いることで実行され得る。