(57)【要約】      （修正有）【課題】  研磨性能がよく強固な凝集を生じにくい、Ｄ50値が50nm未満のダイヤモンド微粉を提供する。【解決手段】1.  Ｄ50値が50nm未満の単結晶質ダイヤモンド粒子の集合体であって、粒子の表面が一部、非ダイヤモンド構造炭素に転化され、かつ粒子間には、加熱操作時に生成した非ダイヤモンド構造炭素が介在する。2.  単結晶質原料ダイヤモンドを機械的な衝撃破砕手段によって粉砕し、さらに精密分級工程でＤ50値が50nm未満のダイヤモンド微粉とし、カーボン発生剤の溶液乃至分散液に浸して粒子表面にカーボン発生剤を付着せしめ、不活性雰囲気中800〜1400℃で加熱し、この際、予め生成した或はその場でカーボン発生剤から生成する非ダイヤモンド構造炭素をダイヤモンド粒子間の分離剤とすることで、粒子の凝集を効果的に回避する、上記のダイヤモンド微粉の製造法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
(1) 静的超高圧力下で非ダイヤモンド構造炭素からの転換により合成され、超微砕及び精密分級され鋭利な稜、或はさらに尖点を有し、
(2) 粒度分布測定装置マイクロトラックＵＰＡによる測定値におけるＤ50値が50nm未満であるダイヤモンド粒子の集合体であり、さらに
(3) 該集合体の実質的に全ダイヤモンド粒子が、熱影響構造を有しかつダイヤモンド粒子表面又は粒子間に配置された非ダイヤモンド構造炭素を介して相互に分離されていることを特徴とする、熱処理されたダイヤモンド微粉。
【請求項２】
上記ダイヤモンド集合体において、Ｄ50値に対するＤ10値およびＤ90値の比がそれぞれ50％以上および200％以下である、請求項１に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項３】
上記非ダイヤモンド構造炭素が、隣接するダイヤモンド粒子の対向表面の少なくとも一部分に堆積して存在する、請求項１に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項４】
上記ダイヤモンド粒子の表面層が、少なくとも部分的に非ダイヤモンド構造炭素に転化されている、請求項１に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項５】
上記ダイヤモンド粒子の転化による非ダイヤモンド構造炭素の総量が、ダイヤモンド粉末全体に対する質量比において0.5％以上である、請求項４に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項６】
ダイヤモンド粒子表面及び粒子間に存在する上記非ダイヤモンド構造炭素の総量が、ダイヤモンド粉末全体に対する質量比において0.2％以上である、請求項１に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項７】
上記ダイヤモンド粒子の集合体の、少なくとも一部分の隣接する粒子間に、ダイヤモンドに由来しない非ダイヤモンド構造のカーボン粒子が存在し、かつダイヤモンドからの転化による非ダイヤモンド構造炭素と、ダイヤモンドに起因しない非ダイヤモンド構造炭素との合計が、ダイヤモンド粉末全体に対する質量比において1.0％以上である、請求項１に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項８】
上記熱影響構造が、ダイヤモンド粒子の表面乃至内部に発生したクラック及び／又は当該粒子からの転化により発生した非ダイヤモンド炭素構造材の堆積である、請求項１に記載のダイヤモンド微粉。
【請求項９】
次の各段階を含む、請求項１に記載のダイヤモンド微粉の製造方法。
(1) 単結晶質原料ダイヤモンドを機械的な衝撃破砕手段によって、粗微粒ダイヤモンドに粉砕し、
(2)上記粗微粒ダイヤモンドの表面を酸化することにより、ダイヤモンドの表面に親水性の原子または官能基を結合させた後、水簸又は遠心分離或は両者の組み合わせに基づく精密分級工程に供することによりＤ50値が50nm未満のダイヤモンド粒子の集合体からなるダイヤモンド微粉とする段階。
(3) 上記ダイヤモンド微粉を、非ダイヤモンド構造炭素又は非ダイヤモンド構造炭素をその場で生成する物質(以下「カーボン発生剤」と称する)の溶液乃至分散液に浸し、少なくとも一部分の粒子表面に上記カーボン発生剤を付着せしめる段階。
(4) 該ダイヤモンド微粉を不活性雰囲気中、800℃以上1400℃以下の処理温度で加熱し、以てダイヤモンド粒子の表層を非ダイヤモンド構造炭素に転化すると同時に、上記カーボン発生剤を分解して非ダイヤモンド構造炭素を生成させ、以て隣接ダイヤモンド粒子を相互に、非ダイヤモンド炭素質材を介して分離せしめる段階。
【請求項１０】
上記親水性官能基が水酸基、カルボニル基、カルボキシル基から選ばれる、請求項９に記載のダイヤモンド微粉の製造方法。
【請求項１１】
上記カーボン発生剤がノニオン系の界面活性剤である、請求項９に記載のダイヤモンド微粉の製造方法。
【請求項１２】
上記カーボン発生剤が有機保水剤、ゼラチン、寒天及び澱粉から選ばれる少なくとも１種を含む、請求項９に記載のダイヤモンド微粉の製造方法。
【請求項１３】
上記有機保水剤がＰＶＡ又はポリアクリル酸塩を含有する、請求項１２に記載のダイヤモンド微粉の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスラリー状研磨材として微細研磨加工、並びに固体潤滑剤としての用途に適したサブミクロン級のダイヤモンド微粉、特に分散液中におげる分散性の向上した50nm未満のダイヤモンド微粉、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の急速なハードディスクにおける記録密度の上昇に伴い、ハードディスク本体ならびに磁気ヘッド等に対して要求される加工精度が高度化している。その結果、研磨材として用いられるダイヤモンド粉末の粒度は次第に細かな方へ移行してきており、仕上げ面粗さ1Åというような高精度を達成可能な砥粒も求められている。このような微細加工には、サブミクロンサイズのダイヤモンドを、水系または油系の分散媒中に懸濁させたスラリーが広く用いられている。
【０００３】
研磨剤としてこれまでに得られている最も細かなダイヤモンドは、デトネーション(爆轟)ダイヤモンドと呼ばれる5〜10nmの一次粒子で構成された凝集粒子である。このタイプのダイヤモンドは爆薬を不完全燃焼させることによって合成されているが、合成時間がμ秒のオーダーであることから、得られた結晶は多量の欠陥を含み、また外形は一般に球状を呈していることが、ＴＥＭ観察などによって知られている。
【０００４】
爆轟(ごう)ダイヤモンドの一次粒子は上述のとおり微細であることから、表面が非常に活性であり、非ダイヤモンド炭素質材や製造の際の雰囲気中に含まれる物質などを介して強く凝集しており、見かけ上は100nm以上の二次粒子として挙動する。この二次粒子は強力な酸化処理を施すことにより、一次粒子に解砕可能なことも知られている。
【０００５】
爆発・爆轟エネルギーによる超高圧力を利用したダイヤモンドとしては、黒鉛を原料に用いる、いわゆるデュポンタイプの多結晶質ダイヤモンドも広く知られている。このタイプのダイヤモンドは一次粒子径が一般に20〜30nm程度であるが、30ＧＰaを超える合成反応時の超高圧力によって、粒子同士が未反応のグラファイトを取り込んだ状態で部分的に融着し、見かけ上は100nm以上の二次粒子となっており、強力な酸化処理を施しても一次粒子に解砕することは困難である。なお一次粒子は、短い合成反応時間を反映して、自形面を持たない球に近い外形を呈することが、ＴＥＭ観察によって認められている。
【０００６】
上記２種類のダイヤモンドの合成では、いずれも低圧相乃至非ダイヤモンド構造炭素を高圧相のダイヤモンドに変換するのに必要な超高圧力の発生は爆轟によるもので、持続時間がμ秒オーダーと短いことから自形晶を形成するのに十分でなく、研磨砥粒として望まれる鋭利な刃先を得ることは困難である。従って研磨作業では、粒子サイズに相応した研磨痕は得られるものの、エッジのない砥粒による研磨加工であることから、研磨速度を大きくできなかった。従ってさらに細かな研磨痕の形成と、より大きな研磨速度の確保という要求を同時に満たす、超微細研磨に適した形状のダイヤモンド微粉が求められていた。
【０００７】
本発明者等は、静的超高圧力下で合成された単結晶質ダイヤモンドの微粉を原料として用い、粉砕、化学処理、加熱処理の各工程を加えることによって、上記精密加工用のスラリーとしての用途において求められる、単位時間当りの大きな加工量、研磨面に深い傷を生じない、軟質の被加工材に対して研磨面に食い込んだ粒子を残さない、という３要件を同時に満たす微粉状(サブミクロン)研磨材を完成し、先に特許出願した。このような特異な性能は、ダイヤモンド粉末表面に形成された非ダイヤモンド構造炭素材層に由来すると考えられる。
【特許文献１】特開2000-136376号公報
【０００８】
静的超高圧力を用いて合成されるダイヤモンドは、負荷される圧力・温度及び保持時間の組み合わせを選ぶことにより、結晶形状、硬さ、脆さなどのコントロールが可能である。また得られたダイヤモンドは、鋼球を用いた衝撃破砕によって容易に微粉砕できる。粉砕は主として劈(へき)開割れによることから、破砕粉は10nmのオーダーになっても、大部分が鋭いエッジを有する自形晶片であることが、ＴＥＭ観察によって認められており、約5nmの三角板状結晶片が存在することも観察されている。
【０００９】
本発明者らはまた、微粉砕技術と精密分級技術とを組み合わせることによって、Ｄ50値の粒度表示(以下同様)において100nm〜50nmの範囲の単結晶質ダイヤモンド微粉の製造が可能であることを知見し、先に特許出願した。
【特許文献２】特開2002-035636号公報
【００１０】
しかし加熱処理を施したサブミクロン級のダイヤモンド微粉は、平均粒径(Ｄ50値)150nm以下のものは、そのままの表面状態で水中に投じると直ちに沈降し、スラリー化が困難であり、平均粒径が50nm以下のものについては不可能とも言える。この理由としては、加熱によって粉末表面の親水性が失われること、また加熱の際に粉末粒子間に強固な結合が形成され、凝集粒子となることが挙げられる。この結果、スラリー化の前処理として、凝集粒子を解砕して強い力を加えて凝集粒子を機械的に解砕する工程を必要とし、多大の工数と時間とを要するという欠点があった。
【００１１】
さらに粉末が、粒子間の強い凝集力のために充分に解砕されないままユーザーに供給されて、加工の際に見掛け上粗大粒子として挙動し、スクラッチの発生原因となるトラブルも、避けることができなかった。
【００１２】
しかもこの長時間にわたる解砕操作によってダイヤモンド粉末表面の非ダイヤモンド構造炭素層が破壊される結果、加熱処理粒子としての固有な性能の低下も認められる。
【００１３】
本発明者等の知見によれば、上掲トラブルの原因は次のように推測される。即ち一般的には化学的に安定なダイヤモンドであっても、サブミクロン級の微粉では表面の反応性が無視できない。ダイヤモンドの表面には、水素や酸素、カルボキシル基、カルボニル基、水酸基など、各種の原子や官能基が付着乃至吸着している。前記単結晶質ダイヤモンド微粉の場合、粉砕、酸洗浄の工程を経る結果、表面に親水性の官能基を有することが多い。
【００１４】
表面に親水性の官能基を持つダイヤモンド微粉を加熱すると、官能基の分解に伴うＣＯ2、ＣＯの脱離が認められる。炭素原子の抜けた箇所は活性点になると考えられるので、従来のダイヤモンド微粉においては、このような活性点が起点となって隣接粒子間に結合が生じているものと推測される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って本発明の主な目的の一つは、加熱処理を施した単結晶質サブミクロンのダイヤモンド微細粉末において避けられなかった強固な凝集の問題を解決した、分離性および分散液中での分散性の良いダイヤモンド微粉を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、劈開に基づく鋭利な形状及び狭い粒度範囲を持つ単結晶質(自形晶)の、さらに細かい50nm未満の粒度のダイヤモンド微粉を提供することにある。
【００１７】
本発明の更なる目的は、かかるダイヤモンド微粉を高効率で生産するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者等は、従来の微粉における上記の欠点は、50nm未満の粒子を含有すべく微粉砕され、所定粒度範囲内に精密分級されたダイヤモンド微粉を、予め生成した非ダイヤモンド構造炭素材乃至その場で(800℃以上1400℃以下への加熱下で)非ダイヤモンド構造炭素材を生成し得る物質から成る分離剤(スペーサ)を介して分離した状態において、所定処理温度に加熱処理することによって達成されることを知見した。即ち実質的に全隣接粒子の対向表面にかかる分離剤物質を堆積させ、各粒子を個々に分離しておくことによって、加熱時に構成粒子が孤立状態に保たれ、粒子相互間の結合が阻止される。
【００１９】
従って本発明の要旨は第一に、(1)静的超高圧力下で非ダイヤモンド構造炭素からの転換により合成され、超微砕及び精密分級され鋭利な稜、或はさらに尖点を有し、(2)粒度分布測定装置マイクロトラックＵＰＡによる測定値におけるＤ50値が50nm未満であるダイヤモンド粒子の集合体であり、さらに(3)該集合体の実質的に全ダイヤモンド粒子が、熱影響構造を有しかつ上記非ダイヤモンド構造炭素材を介して相互に分離されていることを特徴とする、熱処理されたダイヤモンド微粉にある。
【００２０】
上記ダイヤモンド微粉は、次の各段階を含む方法により効果的に製造される：
(1) 単結晶質原料ダイヤモンドを機械的な衝撃破砕手段によって、粗微粒ダイヤモンドに粉砕し、さらに水簸又は遠心分離或は両者の組み合わせに基づく精密分級工程に供することによりＤ50値が50nm未満のダイヤモンド粒子の集合体からなるダイヤモンド微粉とする段階。
(2) 上記ダイヤモンド微粉を、非ダイヤモンド構造炭素又は非ダイヤモンド構造炭素をその場で生成する物質(以下「カーボン発生剤」と称する)の溶液乃至分散液に浸し、少なくとも一部分の粒子表面に上記カーボン発生剤を付着せしめる段階。
(3) 該ダイヤモンド微粉を不活性雰囲気中、800℃以上1400℃以下の処理温度で加熱し、以てダイヤモンド粒子の表層を非ダイヤモンド構造炭素に転化すると同時に、上記カーボン発生剤を分解して非ダイヤモンド構造炭素を生成させ、以て隣接ダイヤモンド粒子を相互に、非ダイヤモンド構造炭素炭素質材を介して分離せしめる段階。
【発明の効果】
【００２１】
本発明方法においては、50nm未満に微粉砕精密分級されたダイヤモンド微粉の加熱処理に先立ち、ダイヤモンド粒子間に、非ダイヤモンド構造炭素又は処理条件下で非ダイヤモンド構造炭素材を生じるカーボン発生剤を、粒子隔離物質乃至スペーサとして配置する。この手法により、加熱処理時にダイヤモンド粒子間に生じる凝集現象が効果的に回避され、実質的に一次粒子で構成されたスラリーを得ることが可能となった。この結果オングストロームオーダーの微細な仕上げ面を得るための研磨剤として、加熱処理を施したサブミクロンダイヤモンドを実用に供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のダイヤモンド微粉製造方法においては、原料のダイヤモンド粉末として、単結晶質で表面に親水基を有する整粒されたダイヤモンド微粉を用い、上記非ダイヤモンド炭素質材乃至カーボン発生剤を溶解または分散した水質処理液に浸漬して粒子を分散させる。この際、ダイヤモンド粒子の表面に溶質または分散質を付着乃至堆積させて粒子ごとに被覆し、実質的に全粒子をばらばらの孤立粒子状態とした後、加熱処理する。
【００２３】
このようなダイヤモンド微粉は典型的にはプレスを用い、静的超高圧・高温条件下で黒鉛や不定形炭素等の非ダイヤモンド構造炭素からの転化により合成・単離されたダイヤモンドを微粉砕し、親水処理・分級することにより得ることができる。本発明のダイヤモンド微粉は単結晶質(自形晶)ダイヤモンドの破砕片からなる。
【００２４】
即ち、まず静的超高圧力下で合成された、原料としての単結晶質ダイヤモンドを衝撃破砕に供して粗微粒ダイヤモンドにする。周知のように衝撃荷重を受けるとダイヤモンドは111面に沿って劈開割れし、割れた結晶片は一般に鋭い角、稜(エッジ)や尖点を持ち、正三角形の平板状結晶片もしばしば認められる。
【００２５】
衝撃破砕には鋼球を用いるボールミル粉砕が簡便であるが、より衝撃負荷の大きな振動ミル、遊星ミルも使用できる。粉砕メディアとしては密度の大きな鋼球が好ましいが、メディアに起因する汚染を回避する目的で、合成ダイヤモンドの粗粒も利用可能である。
【００２６】
粉砕したダイヤモンド微粉は、次に薬品処理に供し、粉砕の際に混入した粉砕メディアの破片を溶解除去する。また後続の分級操作では、水簸、遠心分離のどちらも水中で処理されることから、微粉の表面を水になじむ状態にして、水中で懸濁状態を保つことが要求される。
【００２７】
この目的のために、本発明においては有効的な処理法として、ダイヤモンド微粉の表面を酸化処理し、表面に酸素または酸素を含む官能基、例えば水酸基、カルボニル基、カルボキシル基を付ける。表面酸化のためには、空気中で300℃以上への加熱も一定の効果があるが、硫酸、硝酸、過塩素酸、過酸化水素水や、これらのいずれかと、過マンガン酸カリ、硝酸カリ、または酸化クロムとの組み合わせから成る浴を用いた湿式処理方法が、より確実である。
【００２８】
水中でダイヤモンドの懸濁状態を良好に保つために、水中に共存する各種のイオンを可能な限り低減させると共に、微粉の表面電位を分散に好ましい範囲に保つ。ダイヤモンド微粉は弱アルカリ性において、表面電荷が反発しあって懸濁状態を保つことが知られており、この点において好ましい水素イオン濃度はｐＨ7.0〜10.0、ゼータ(ζ)電位は-40〜-60mＶの範囲である。
【００２９】
上記のように、ダイヤモンド粒子の表面状態、スラリーの水素イオン濃度及びゼータ電位を最適化し、遠心分離機を用いて効果的に精密分級工程を行うことにより、Ｄ50値に対するＤ10値およびＤ90値の比がそれぞれ50％以上および200％以下の、粒度範囲の狭い、Ｄ50値が50nm未満のダイヤモンド微粉を得ることができる。
【００３０】
なお、微細なダイヤモンド粒子の分級に従来広く用いられている水簸は、100nm以下のダイヤモンド微粉に対しては沈降速度が小さいことから分離に長時間を要し、生産性が低い。この解決策としては遠心分離機の利用が有効である。
【００３１】
整粒されたダイヤモンド微粉は、カーボン発生剤、即ち加熱分解により上記非ダイヤモンド構造炭素材を生成する物質と密に接触配置させて800〜1400℃の範囲の温度で加熱処理に供する。このように、微粉を構成する隣接ダイヤモンド粒子同士を、非ダイヤモンド構造炭素層によって相互に隔て、分離・孤立状態を確保して加熱処理することによって、粒子同士の強い凝集を生じさせることなく、ダイヤモンド微粉の表面層の少なくとも一部分を非ダイヤモンド構造炭素に転化することができる。
【００３２】
加熱処理は、ダイヤモンドの酸化を避けるために不活性雰囲気中で行う。この条件下において粒子表面の被覆物質は非ダイヤモンド構造炭素に転化するが、隣接粒子間のスペーサとしての機能は確保されるので、ダイヤモンド面間に、化学結合に近い強固な結合の形成が阻止されるものと考えられる。この結果加熱処理から回収したダイヤモンド粉末は、乳鉢中で容易に微粉化することができ、スラリー化も容易である。
【００３３】
スペーサとして機能する被覆層材料としては、ダイヤモンド表面に濡れ、加熱によって分解し実質的に炭素のみを残す、多様な物質が利用可能である。例えば、強力な包囲被膜を形成する材料として、ポリカルボン酸等のノニオン系の界面活性剤が挙げられる。
【００３４】
またダイヤモンドの表面が親水性の場合には、水を介する形でダイヤモンド粒子を包囲し、かつ不活性雰囲気での加熱によって分解または炭化し、加熱残渣が炭素質物質となる材料が利用できる。このような例として、保水剤(ＰＶＡ、ポリアクリル酸塩等)、ゼラチン、寒天、でん粉等を挙げることができる。
【００３５】
ダイヤモンド表面に存在する親水基は、800℃まで加熱するとほぼ分解することが表面分析によって確認されており、これ以上の温度では表面の活性が低下すると考えられる。従って上記の被覆層成分は800℃に達するまでスペーサ機能を維持するものであればよい。
【００３６】
ＴＥＭ観察によると、通常のサブミクロンダイヤモンドの表面には、1乃至数原子層の非晶質層が認められる。一方加熱処理を施したダイヤモンドでは、ダイヤモンドの格子像に連続して数層の、グラファイトと類似の格子像により、非ダイヤモンド構造炭素の存在が認められる。ワーク研磨加工面の粗さ減少という、加熱処理ダイヤモンド特有の性能は、この非ダイヤモンド構造炭素の存在に帰すことができる。なお本発明において「非ダイヤモンド構造炭素(材)」は、黒鉛、不定形炭素及びこれらが混在した、或はこれらの中間的な構造をもつ物質の総称である。
【００３７】
本発明においてダイヤモンドから非ダイヤモンド構造炭素への転化は処理温度と時間とに依存するので、転化の割合はこの組み合わせによって調節する。非ダイヤモンド構造炭素層の生成は800℃以上の温度で顕著になるので、本発明における処理温度としては800℃以上が適切である。一方過度に高い加熱温度を用いると、ダイヤモンドから非ダイヤモンド構造炭素へ転化する量が多くなりすぎ、研磨剤としての作用が低下することから、加熱温度の上限は1400℃とする。
【００３８】
一方、ダイヤモンド粒子同士の分離を確保するために、各ダイヤモンド粒子の表面に、ダイヤモンドに添加されたカーボン発生剤から生成した適量の上記非ダイヤモンド構造炭素を、微粒子状又は被覆として介在させる。このような非ダイヤモンド炭素質材は、隣接するダイヤモンド粒子の対向表面の少なくとも一部分に、より好ましくは全面に堆積させ、加熱処理に際して隣接粒子がダイヤモンド面同士で接触しないようにする。
【００３９】
本発明のダイヤモンド微粉中に存在する非ダイヤモンド炭素質材の量は、湿式または乾式の酸化剤処理によって決定することができる。即ち上記非ダイヤモンド炭素質材は200℃以上の硝酸や過塩素酸を用いる湿式処理、或いは350℃以上の酸素ガス等による乾式処理によって容易に分解されるが、一方、ダイヤモンドは実質的に酸化されないので、サンプルを上記のように酸化処理し、処理前後における質量変化によって評価する。
【００４０】
本発明において、カーボン発生剤に由来する非ダイヤモンド構造炭素は、ＴＥＭ観察では、ダイヤモンド格子との連続性がない、孤立した、不定形炭素乃至グラファイトに似た像が得られる。この物質は、酸化剤に対してはダイヤモンドから転化した黒鉛乃至非ダイヤモンド構造炭素層と実質的に同様に挙動するので、両者を区別することは困難であり、必要な場合には、ブランクテストで定量する。
【００４１】
カーボン発生剤に由来する非ダイヤモンド構造炭素材の総量は、ダイヤモンド粉末全体に対する質量比において0.2％以上2.0％以下(特に0.4％以上1.0％以下)が好適であり、これより少ないと充分な粒子同士の分離が得られない。一方、ダイヤモンドから転化した非ダイヤモンド構造炭素は、ダイヤモンド粉末に対して0.5質量％以上必要であるが、他方25％を超えるとワークの加工能率が大幅に低下するので、総量はこの値を超えないことが望ましい(いずれも炭素Ｃ換算値)。
【００４２】
本発明の方法において原料として使用するダイヤモンド粒子には、加工時の破砕性を向上させるために、加熱処理に先立つ予備加熱処理を行って、あるいはこの加熱処理中に、熱影響構造として、微細なクラックを発生させることができる。
【００４３】
本発明方法を用いた効果は、加熱処理を施したダイヤモンド粉末を水中に投じ、超音波を加えて分散させて調製した濃度2％程度のスラリーについて、懸濁状態から定性的に、粒度分布測定結果から定量的に評価することができる。
【００４４】
即ち粒子間に強固な結合がない粉末の場合、投入した粉末の全量が懸濁し、容器の底には沈殿物が認められない。一方、スラリー中における加熱処理粉末の粒度分布を測定すると、加熱処理前の分布にほぼ等しい結果が得られる。このことは実質的に一次粒子として研磨操作に寄与することを示しており、凝集粒子に起因する深い研磨傷の発生が回避されるのに加えて、研磨面粗さと研磨速度との組み合わせに対応した、最適な粒度範囲の粒子を選ぶことも容易である。
【００４５】
本発明によるダイヤモンド粉末において、従来の同等加熱処理品に比してスラリー化が容易であることの第一のメリットは、自明なようにスラリー調製時の作業性の向上であるが、この他にも、従来品において必要とされていた凝集粒子解砕のための機械的負荷が不要になったことから、ダイヤモンド表面の非ダイヤモンド構造炭素材層の破壊が回避され、この結果、加熱処理砥粒の特徴である、ワークの研磨仕上面粗さが小さく保たれるという、研磨砥粒としての品質向上も確保される。
【００４６】
次に本発明を実施例によって説明する。
【実施例１】
【００４７】
平均粒径(Ｄ50値)38nmのトーメイダイヤ製の表面親水性サブミクロンダイヤモンド粉ＭＤ40を出発原料に用いた。300ccのビーカーに、ダイヤモンド粉10ｇと100ccの脱イオン水とを入れ、超音波を用いて水中にダイヤモンドを懸濁させた。
【００４８】
次いで分離剤としてゼラチン粉末0.5ｇを少しずつ振り入れ、充分に撹拌して懸濁液とした。撹拌を続けながらこの懸濁液を加熱して８5℃に2分間維持した。次いで水冷し、さらに減圧乾燥して、ゼラチンの繊維にダイヤモンド粉末が絡まった、スポンジ状物質を回収した。
【００４９】
このスポンジ状物質をアルミナ製ルツボに入れ、窒素雰囲気中1100℃に2時間保持という条件で加熱処理を施し、ダイヤモンド表面の黒鉛化及びゼラチンの分解を行った。比較用として出発原料のＭＤ40の乾燥粉末も同時に加熱処理した。
【００５０】
加熱処理から回収されたダイヤモンドは黒色を呈していた。ダイヤモンド粒子表面に付着している非ダイヤモンド炭素質材は、酸化剤を用いた湿式処理によって定量すると5.5％であった。用いたゼラチンの1100℃における熱分解残渣量は25％だったので、加熱処理によってダイヤモンドから転化したカーボンは4.3％と見積もられた。
【００５１】
得られた本発明による加熱処理ダイヤモンド1ｇを、100ccの脱イオン水中に分散してスラリーを調製した。この粒度分布を測定するとＤ50値は40nmであり、加熱処理を施したダイヤモンドが実質的に一次粒子状態で分散したスラリーとなっていることが認められた。
【００５２】
比較のために、ＭＤ40ダイヤモンド粉を、供給された状態で加熱処理し、得られたダイヤモンドを分散してスラリーを調製した。このスラリーのＤ50値は120nmであり、加熱処理の際に凝集粒子が形成されることを示していた。
【００５３】
これらの両スラリーを用いてアルミニウム製のハードディスクのテクスチャリング加工を行い、加工面の粗さをＡＦＭによって評価したところ、本発明品によるスラリーを用いた仕上げ面では2.3Å、比較品スラリーの場合は4.8Åであった。
【実施例２】
【００５４】
平均粒径(Ｄ50値)31nmのトーメイダイヤ製の表面親水性サブミクロンダイヤモンド粉、ＭＤ30を出発原料に用いた。200ccビーカーに、ダイヤモンド粉20ｇと、脱イオン水で10倍に希釈した界面活性剤のポリカルボン酸液20ｇとを入れ、十分に練り合わせた。60℃で乾燥した後、アルミナるつぼに移して300℃に加熱し、ポリカルボン酸を部分炭化した。
【００５５】
このるつぼの内容物について、窒素雰囲気中で1000℃に2時間保つ加熱処理を施し、ダイヤモンド表面の黒鉛化と界面活性剤の分解とを実施した。加熱処理後のダイヤモンド粉末における表面の非ダイヤモンド構造炭素材は、酸化剤を用いた湿式処理の結果8.6％であった。これから、ポリカルボン酸に起因する非ダイヤモンド構造炭素分として0.14ｇを差し引き、ダイヤモンドから転化した非ダイヤモンド量を7.9％と見積もった。
【００５６】
得られた加熱処理ダイヤモンドについて、実施例１と同じ方法により粒度分布測定を行った。Ｄ50値として35nmが得られ、このダイヤモンド粉が実質的に一次粒子状態で分散していることが認められた。