(57)【要約】  ＣＶＤダイヤモンドをダイヤモンド安定相外の少なくとも１５００度Ｃの設定温度および少なくとも４．０ ＧＰaの圧に上げることにより、ＣＶＤダイヤモンドが単結晶ＣＶＤダイヤモンドであるＣＶＤダイヤモンドの光学的透明度を改善する方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＶＤダイヤモンドをダイヤモンド安定相外の少なくとも１５００度Ｃの設定温度および少なくとも４．０ ＧＰaの圧に上げることにより、ＣＶＤダイヤモンドが単結晶ＣＶＤダイヤモンドであるＣＶＤダイヤモンドの光学的透明度を改善する方法。
【請求項２】
ＣＶＤダイヤモンドが別の材料上の単結晶被覆物である、請求項１の方法。
【請求項３】
単結晶ＣＶＤダイヤモンドの温度を上げる工程が、単結晶ＣＶＤダイヤモンドを約１８００度Ｃから約２９００度Ｃの設定温度に上げる工程を更に含む、請求項１の方法。
【請求項４】
単結晶ＣＶＤダイヤモンドの温度を上げる工程が、単結晶ＣＶＤダイヤモンドの温度を設定温度で約１分未満にわたり維持する工程を更に含む、請求項１の方法。
【請求項５】
単結晶ＣＶＤダイヤモンドの温度を上げる工程が、約１分から５分の間にわたり単結晶ＣＶＤダイヤモンドの温度を少なくとも１５００度Ｃに上げる工程を更に含む、請求項１の方法。
【請求項６】
単結晶ＣＶＤダイヤモンドの温度を上げる工程が、約５．０ ＧＰaの圧でＣＶＤダイヤモンドの温度を約２２００度Ｃに上げる工程を含む、請求項１の方法。
【請求項７】
設定温度に達した後、単結晶ＣＶＤダイヤモンド上の圧を維持しながらＣＶＤの温度を環境温度に下げる工程を更に含む、請求項１の方法。
【請求項８】
単結晶ＣＶＤダイヤモンドが、初めに茶色であり、そして無色になる、請求項１の方法。
【請求項９】
４−５％Ｎ2／ＣＨ4を含む雰囲気下で約１４００〜１４６０度Ｃの温度で単結晶褐色ダイヤモンドを成長させる工程を更に含む、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照により本明細書に含めるものとする２００３年７月１４日に申請された米国特許仮出願番号第６０／４８６，４３５号により優先権の恩恵を主張する。
【０００２】
政府の権益の記述
本発明は、国立科学財団(National Science Foundation)からの付与番号ＥＡＲ〜０１３５６２６のもとに米国政府の支持を受けて為された。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、ダイヤモンドの焼なまし、更に詳しくは単結晶ＣＶＤダイヤモンドの焼なましに関する。
【背景技術】
【０００４】
ダイヤモンドの化学蒸着成長は、前駆体分子を有する気相炭素中にエネルギーを賦与することにより達成される。例えば、マイクロ波エネルギーを用いて、種晶ダイヤモンド上にダイヤモンドを形成するように炭素を蒸着するプラズマを生じさせることができる。最近まで、ダイヤモンドを成長させる全てのＣＶＤ法が、多結晶ダイヤモンドまたは非常に薄い層の単結晶ダイヤモンドに帰した。本明細書の発明者等は、参照により本明細書に含めるものとする２００２年１１月６日に申請された同時係属中の特許出願番号第１０／２８８，４９９号に開示されている大単結晶(large single crystal)ＣＶＤを成長させるマイクロ波プラズマＣＶＤ法を開発した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者等のマイクロ波プラズマＣＶＤ法は、１時間に１５０マイクロメートルまでの速度で種晶ダイヤモンド例えば黄色のＩｂ型HPHT合成ダイヤモンド上に単結晶ダイヤモンドを成長させることができる。本発明者等のマイクロ波プラズマＣＶＤ法により製造されるダイヤモンドの色は、ダイヤモンドが成長する温度に依存する。更に詳しくは、ダイヤモンドが、プラズマ中の気体の混合物に依存する特定の温度範囲内で成長する時、無色のダイヤモンドを製造することができる。しかしながら、特定の範囲外の温度で製造されるダイヤモンドは、色が黄色または褐色である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
よって、本発明は、関連技術の制限および欠点による一つ以上の問題を実質的に回避する単結晶ＣＶＤダイヤモンドの焼なましに向けられる。
【０００７】
本発明の目的は、単結晶ＣＶＤダイヤモンドの色を淡くするか又は色を取り除くことである。
【０００８】
本発明の別の目的は単結晶ＣＶＤダイヤモンドから欠点を排除することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、単結晶ＣＶＤダイヤモンドの光学的特性を強化することである。
【００１０】
本発明の更なる特徴および効果（advantages）は、部分的には後に続く説明にて述べられており、そして部分的にはその説明から明白である、または本発明の実施により知ることができる。本発明の目的および他の効果は、ここに記載された説明および請求項にて特に指摘される構成により理解され、また達成される。
【００１１】
これらの目的および他の効果を達成するには、具体的に示され広く述べられる本発明の目的に従い、単結晶ＣＶＤダイヤモンドの光学的透明度を改善する方法は、ＣＶＤダイヤモンドを少なくとも４．０ ＧＰaの圧で少なくとも１５００度Ｃの設定温度に上げることを含む。
【００１２】
前記一般的説明および次に示す本発明の詳細な説明の両方が、例示的かつ説明的で、請求項に記載の本発明の更なる説明を提供することを意図していることが理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
そこで、本発明の好ましい態様に詳細に言及する。
【００１４】
本発明者等は、彼等のマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いて種晶ダイヤモンド例えばＩｂ型｛１００｝HPHT合成ダイヤモンド上に１ミリメートルを越える厚さで単結晶ダイヤモンドを成長させた。成長速度を約５０〜１５０μm／ｈに増大させ、平滑｛１００｝面成長を促進するために、単結晶ＣＶＤダイヤモンドを、Ｎ2／ＣＨ4＝０．２〜５．０％、ＣＨ4／Ｈ2＝１２〜２０％の雰囲気下で１２０〜２２０トールの総合圧を用い９００〜１５００度Ｃの温度で成長させた。ラマンスペクトルは、ダイヤモンドが＜９５０℃または＞１４００℃で成長する場合に単結晶ＣＶＤダイヤモンドを褐色または黄色にする少量の水素化無定形炭素（ａ−Ｃ：Ｈ）4および窒素含有ａ−Ｃ：Ｈ（Ｎ：ａ−Ｃ：Ｈ）4を示す。更に、光ルミネセンス（ＰＬ）スペクトルは、窒素−空格子点(vacancy)（Ｎ−Ｖ）不純物を示す。
【００１５】
ＣＶＤ単結晶ダイヤモンドは、より高い温度の１４００〜１５００度でより速く成長するが、その結果できたダイヤモンドは褐色を有する。色にかかわらず、本発明者等のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりできる単結晶ＣＶＤダイヤモンドは、依然として不純物を有する場合がある。当然のことながら、より淡い色のダイヤモンド、より半透明のダイヤモンドまたは無色のダイヤモンドが望ましい。
【００１６】
褐色の天然ダイヤモンドの褐色を淡くすること、および高圧高温焼なましによる不純物の減少が、I. M. Reinitz 等 Gems & Gemology 36, 128-137 (2000) により報告された。しかしながら、本発明者等は、従来の高圧高温装置内の反応容器を用いる１８００〜２９００℃の温度および５〜７ ＧＰａの圧で約１〜６０分間の単結晶黄色または褐色ＣＶＤダイヤモンドのＨＰＨＴ焼なましが、いくつかの単結晶褐色ＣＶＤダイヤモンドを透明な無色の単結晶ダイヤモンドに変えることを発見した。更に詳しくは、４〜５％のＮ2／ＣＨ4比を含む雰囲気下で約１４００〜１４６０度Ｃの温度にて高い成長速度で成長した単結晶黄色または淡褐色ＣＶＤダイヤモンドを、無色の単結晶ダイヤモンドになるように焼なましすることができる。更に、このような焼なまししたＣＶＤダイヤモンドのラマンおよびＰＬスペクトルは、このような無色単結晶ダイヤモンド中の水素化無定形炭素の消失およびＮ−Ｖ不純物の顕著な減少を示す。これらの変化は、褐色の天然ダイヤモンドのＨＰＨＴ焼なましによりもたらされる透明度の増大のI. M. Reinitz 等による報告と類似していると考えられる。
【００１７】
反応容器は、セル、例えば参照により本明細書に含めるものとする米国特許第３，７４５，６２３号または第３，９１３，２８０号に記載されているものであってもよい。セル全体を、１分という短さ又は１時間という長さであってもよい時間にわたりセルまたは反応容器の圧／温度条件が黒鉛安定相内または丁度ダイヤモンド安定相内にあるように４．０ ＧＰａより大きい例えば５〜７  ＧＰａの圧に供し、１５００度Ｃより高い例えば１８００〜２９００度Ｃの温度に加熱する。単結晶ＣＶＤダイヤモンドが黒鉛にならないように圧を解除する前にセルを冷ます。
【実施例】
【００１８】
実施例１
単結晶ＣＶＤダイヤモンドを、ワシントンのカーネギー研究所(Carnegie Institution)にて黄色のＩｂ型ＨＰＨＴ合成ダイヤモンド上に約１５００度Ｃの温度で５％のＮ2／ＣＨ4比を用いて成長させた。単結晶ダイヤモンドＣＶＤダイヤモンドの寸法は、１センチメートル四方で厚さが１ミリメートルより僅かに厚かった。単結晶ダイヤモンドＣＶＤダイヤモンドの色は、褐色であった。次いで、Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成種晶ダイヤモンド上の褐色単結晶ＣＶＤダイヤモンドを、反応容器内に試料として入れた。
【００１９】
反応容器を、従来のＨＰＨＴ装置に入れた。初めに圧を５．０  ＧＰａの圧に上げ、次いで、温度を迅速に２２００度Ｃに上げた。試料を、これらの焼なまし条件で５分間維持し、次いで、圧を解除する前に、温度を約１分にわたり室温に下げた。
【００２０】
試料を反応容器から取り出し、光学顕微鏡下で調査した。褐色単結晶ＣＶＤダイヤモンドは、淡い緑色に変わり、黄色Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成ダイヤモンドにしっかり接着したままであった。合成Ｉｂ型ダイヤモンドの黄色は、より淡い黄色又はより半透明の黄色になった。
【００２１】
実施例２
焼なまし条件を１時間維持したことを除いては上記の実施例１と同じであった。暗褐色単結晶ＣＶＤダイヤモンドは、実施例１でできた淡い緑色よりも半透明である淡い緑色に変わり、黄色Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成ダイヤモンドにしっかり接着したままであった。Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成ダイヤモンドの黄色は、より淡い黄色又はより半透明の黄色になった。
【００２２】
実施例３
単結晶ＣＶＤダイヤモンドを、ワシントンのカーネギー研究所にて黄色の合成Ｉｂ型ダイヤモンド上に約１４５０度Ｃの温度で５％のＮ2／ＣＨ4比を用いて成長させた。単結晶ダイヤモンドＣＶＤダイヤモンドの寸法は、１センチメートル四方で厚さが１ミリメートルより僅かに厚かった。単結晶ダイヤモンドＣＶＤダイヤモンドの色は、淡い褐色または黄色であった。言い換えると、上記実施例１における単結晶ＣＶＤダイヤモンドの褐色ほど暗くはない淡い褐色であった。次いで、Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成種晶ダイヤモンド上の黄色または淡い褐色単結晶ＣＶＤダイヤモンドを、反応容器内に試料として入れた。
【００２３】
反応容器を、従来のＨＰＨＴ装置に入れた。圧を約５．０ ＧＰａの圧に上げ、次いで、温度を迅速に約２２００度Ｃに上げた。試料を、これらの焼なまし条件で５分間維持し、次いで、圧を解除する前に、温度を約１分にわたり室温に下げた。
【００２４】
試料を反応容器から取り出し、光学顕微鏡下で調査した。淡い褐色または黄色単結晶ＣＶＤダイヤモンドは無色になり、黄色Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成ダイヤモンドにしっかり接着したままであった。Ｉｂ型ＨＰＨＴ合成ダイヤモンドの黄色は、やはり、より淡い黄色又はより半透明の黄色になった。
【００２５】
実施例４
無色のマイクロ波プラズマ単結晶ＣＶＤ成長ダイヤモンドをＮ2／ＣＨ4＝５％の雰囲気下で〜１２００度Ｃの温度で焼なまししたことを除いては実施例１と同じであった。焼なましした後、マイクロ波プラズマ単結晶ＣＶＤ成長ダイヤモンドは青色であった。この青色のマイクロ波プラズマ単結晶ＣＶＤ成長ダイヤモンドは、＞２０ ＭＰａ ｍ1/2の非常に高い靱性(toughness)を有した。硬さ(hardness)は、約〜１４０ ＧＰａであった。
【００２６】
実施例５
無色のマイクロ波プラズマ単結晶ＣＶＤ成長ダイヤモンドをＮ2／ＣＨ4＝．５％の雰囲気下で〜１２００度Ｃの温度で焼なまししたことを除いては実施例１と同じであった。マイクロ波プラズマ単結晶ＣＶＤ成長ダイヤモンドは、依然として無色であった。この無色のマイクロ波プラズマ単結晶ＣＶＤ成長ダイヤモンドは、〜１６０ ＧＰａの硬さおよび〜１０ ＭＰａ ｍ1/2の靱性を有した。
【００２７】
本発明はその精神または不可欠な特性から逸脱することなくいくつかの形態で実施することができることから、上述の実施態様は特に断らない限り前記の説明の細部により制限されないことはやはり理解されるべきであり、むしろ付記する請求項で定義されるその精神および範囲内でひろく解釈されるべきであり、従って、請求項の境界および範囲、またはこのような境界および範囲と同等なものの内側にある全ての変更および改変は、従って付記する請求項により包含されるものとする。
【国際調査報告】
2007523819.tif 000002