(57)【要約】  ダイヤモンドを合成する方法において、実質的にすべての雰囲気ガス及び他の軽量揮発性原子を除去するために、炭素源と溶媒／触媒の反応混合物を高温及び高真空で前処理する。次いで、低下した温度で、この除去されたガスを望ましいプロセスガスで置き換える。次いで、この前処理された反応混合物を、プロセスガスの存在下で炭素相図のダイヤモンド安定領域中の高温及び高圧条件にかけてダイヤモンドを製造する。このプロセスガスは、ダイヤモンドの成長速度を高め、溶媒／触媒包含物を減少させ、合成ダイヤモンド（成長した結晶）の形態を、主結晶面及びより塊状の方向へ移行させ、好ましくは望ましい高成長速度において、成長した結晶中の亀裂及びひずみを減少させ、且つ、ヘテロ原子、例えば、Ｐ（リン）又はＳ（硫黄）による、ダイヤモンド結晶の制御された均一なドーピングを可能にするように選択される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素源と溶媒／触媒の反応混合物を提供するステップと、実質的にすべての雰囲気ガス及び他の軽量揮発性原子を除去するために、反応混合物又は各成分を高温及び高真空で前処理するステップと、低下した温度でこれらを望ましいプロセスガスで置き換えるステップと、前処理された反応混合物を、プロセスガスの存在下で、炭素相図のダイヤモンド安定領域中の高温及び高圧条件にかけるステップとを含む、ダイヤモンドを合成する方法。
【請求項２】
実質的にすべての雰囲気ガス及び他の軽量揮発性原子を除去するための反応混合物又は各成分の前処理が、約１１００℃超の温度及び約１×１０−４ミリバール未満の真空で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
除去した雰囲気ガス及び他の軽量揮発性原子のプロセスガスによる置換が、約２０〜約５０℃の温度で実施される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
プロセスガスによる置換が約５０℃の温度で実施される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
プロセスガスが、メタン、水素、ホスフィン、アンモニア、同位体的に純粋な窒素又はアンモニア、ジボラン、シラン、水蒸気、エタン、硫化水素及びエタノールの蒸気を含む群から選択される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
雰囲気ガス及び他の軽量揮発性原子の除去及び望ましいプロセスガスによる置換が、個別のチャンバで実施される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
反応混合物が、耐熱性金属から形成される密閉した缶に収納されている、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
耐熱性金属が、タンタル、チタン、モリブデン及びニオブを含む群から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記容器が、内部反応容積と外部雰囲気の間の不浸透性層を形成するのに役立つセラミックバリアをさらに含む、請求項７又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
セラミックバリアが、パイロフィライト、マグネシア、アルミナ及びこれらの組合せを含む群から選択されるセラミック材料から形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ダイヤモンドが温度勾配法で製造される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
示された実施形態のいずれか１つを参照して本明細書に実質的に記載された、ダイヤモンドを合成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドを合成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温及び高圧条件下のダイヤモンドの合成はよく知られており、十分に確立されている。２つの主要な方法が使用されており、共に溶液から合成される。１つの方法は温度勾配法であり、他方は同素体変換法である。温度勾配法では、結晶成長のための推進力は、原料物質と成長結晶の間の温度差の結果としての、両者間の溶解度の差に起因する過飽和である。同素体変換法では、結晶成長の推進力は、原料物質と成長結晶の両者の間の同素形（又は多形）の違いの結果としての、溶解度の差に起因する過飽和である。
【０００３】
溶液から合成されるほとんどすべてのダイヤモンドは窒素を含み、Ｉｂ型ダイヤモンドである。
【０００４】
一般的に１ｐｐｍ（質量による百万分の１）未満の窒素含有量を有するＩＩａ型のダイヤモンドを成長させる場合、出発材料からの窒素の除去は、高温高真空中で脱気（又はガス放出）によって達成することができる。しかし、この方法は一般的には使用されない。この代わりに、化学分配原理（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）又はゲッターリングが関与する方法が好ましい。この方法では、出発材料から窒素を除去するための試みは行われないか、限定された試みしか行われず、むしろ、この溶媒／触媒に代表的には遷移金属、コバルト、鉄及びニッケルの溶融合金である試薬を加える。この試薬は、溶質として又は沈殿した窒化物又は炭窒化物として、金属溶融物中の窒素を優先的に隔離する効果を有する。このような試薬は、代表的にはチタン、ジルコニウム及びアルミニウムのような元素である。何らかの理由でこれらの元素が最終の成長した結晶中の望ましくない汚染物とみなされる場合、明らかな代替方法は、高温脱気による窒素の直接物理的除去の使用である。合成材料からの窒素の全面的な除去の技術的困難さ以外に、このアプローチがこれまで使用されなかった他の理由がある。この理由は、出発材料の脱気のある種のマイナスの副作用と関係があり、実際に観察される。これらは、
１．窒素及び他のガスが存在しない場合は、ダイヤモンド結晶の成長速度が遅いこと。
２．脱気された材料からの成長の場合、特に、材料から窒素及び他の窒素含有ガスを取り除かれている場合、金属包含物の取込みがより多いこと。
３．成長の少ない領域及びこれらの結晶面（１１３）（１１５）（１１０）の出現。
４．溶媒／触媒溶融物中への炭素のより高い溶解度、及び結果として、成長の初期の段階でのダイヤモンド種結晶への攻撃。及び
５．脱気された材料から成長したダイヤモンドの、亀裂、内部ひずみ及び透明度の低下への感受性の増大。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの難点があるため、高純度のＩＩａ型ダイヤモンドの成長を保証するための、窒素の直接物理的除去法は、効果的に又は商業的に使用されてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、ダイヤモンドを合成する方法は、炭素源と溶媒／触媒の反応混合物を提供するステップと、実質的にすべての雰囲気ガス及び他の軽量揮発性原子を除去するために、反応混合物又は各構成要素を高温及び高真空で前処理するステップと、低下した温度でこれらを望ましいプロセスガスで置き換えるステップと、前処理された反応混合物を、プロセスガスの存在下で、炭素相図のダイヤモンド安定領域中の高温及び高圧条件にかけるステップとを含む。
【０００７】
このプロセスガスは、好ましくは以下の特性の２つ以上、好ましくはすべてを有するものである。
（１）ダイヤモンドの成長速度を高める。
（２）溶媒／触媒包含物を減少させる。
（３）合成ダイヤモンド（成長した結晶）の形態を、主結晶面及びより塊状の方向へ移行させる。
（４）好ましくは望ましい高成長速度において、成長した結晶中の亀裂及びひずみを減少させる。
（５）ヘテロ原子、例えばＰ（リン）又はＳ（硫黄）による、ダイヤモンド結晶の制御された均一なドーピングを可能にする。
【０００８】
特に適するプロセスガスの例には、メタン、水素、ホスフィン、アンモニア、同位体的に純粋な窒素又はアンモニア、ジボラン、シラン、或いは水素生成ガス、例えば、水蒸気、エタン、硫化水素及びエタノールの蒸気がある。
【０００９】
本発明は、窒素含有量が低く、サイズが大きい高品質ダイヤモンドを製造するという特別の用途を有する。代表的には、このようなダイヤモンドは１ｐｐｍ未満の窒素含有量を有し、少なくとも０．５カラットのサイズを有する。このようなダイヤモンドは温度勾配法によって製造される。この方法には、溶媒／触媒の物質によって種結晶から分離される炭素源の反応物質を提供すること、及びこのカプセルの内容物を、この炭素源と種の間に温度勾配が確立され、種がこの温度勾配の低温端であるような、ダイヤモンド安定領域中の高温の条件にかけることが含まれる。
【００１０】
本発明の好ましい一形態では、この炭素源及び溶媒／触媒を処理して、窒素含有量を可能な限り、好ましくは１ｐｐｍ未満に減少させる。
【００１１】
この炭素源は、ダイヤモンドを含む任意の当技術分野で既知のものであってよく、ＣＶＤダイヤモンドでよく、好ましくは黒鉛である。
【００１２】
この溶媒／触媒は、任意の当技術分野で既知のものであってよいが、好ましくは、コバルト、鉄若しくはニッケル、又は２つ以上のこのような金属の組合せ、又は１種又は複数のこのような金属を含む合金である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の方法では、炭素源材料、溶媒／触媒合金及び種ダイヤモンド、並びにこの反応物質と高圧系の残りのものの間の耐熱性バリアを提供するために使用される追加の任意のセラミック構成要素を含む反応物質は、高温及び高真空の適用によって軽量揮発性原子（さもなければガス）について精製される。これは、軽量揮発性原子を自由運動させておくように、これらの成分が組み合わされた状態ではなく分離されている場合に最も良く実施される。特に、空気から吸収されてきた可能性があり、又は金属合金の形成に使用される冶金学的処理の性質のために、金属窒化物として金属粒子中に存在していた可能性のある、窒素原子の集積がある。
【００１４】
当業者には、ガスという用語は、常温常圧でガス又は蒸気である化学種を述べることを意味するが、ガスはまた、粉末の表面上に吸着された層、又はさらに金属溶液中に吸収された溶質としても存在することがあるものと理解されよう。ダイヤモンドの合成に必要な高圧では、焼結固体、及びセラミックスなどの多結晶材料中に存在する細孔空間は、圧縮されてほとんど体積０に縮む。圧縮の前に存在した任意のガスは、金属相中の溶液中又はある形態の超臨界流体中に押しやられ、何であれ依然として存在する小さな細孔容積中に蓄積されることになる。
【００１５】
ガスの存在下で又はガス雰囲気下でのダイヤモンドの合成について話す場合、高圧合成チャンバ中では、ガスが集まる又は存続する自由空間又は開放容積があるということを含意すべきでない。むしろ、移動性で小さい原子（軽原子と呼ばれることもある）に言及されており、これは、ＨＰＨＴ条件で反応混合物中の溶質（溶解した原子）として存続することができ、合成又は再構成工程の過程に大きな影響を与える。窒素は、反応混合物及びその周囲のセラミックスの細孔空間中に存続するガスの８０パーセントを構成する（分子種二窒素、Ｎ２として）ので、１つの例である。しかし、溶媒触媒金属中に存在する溶解窒素の形態の窒素の追加の供給があり、これは金属の溶融製錬以来存在しているはずである。代表的な化学分析により、この金属は、２０から５０ｐｐｍ（マイクログラム／グラム）の間の溶解窒素含有量を持ち得ることが示される。この金属が７グラム／ミリリットルの密度及び２０体積パーセントの気孔率を有する場合（代表的な場合）は、溶液中に存在する窒素は、少なくともこの細孔空間中に存在する空気中の窒素とほとんど同等に寄与することになる。同様に、細孔空間中の水蒸気として又はセラミック構成要素中の結晶水として、水が存在する可能性がある。細孔空間中のＯ２分子ガスとして、及び溶解酸素又はさらに反応混合物の固体中の金属酸化物として、酸素が存在する可能性がある。
【００１６】
この反応混合物の真空精製法は、少なくとも２つのステップからなる。第１に、比較的低い真空及び温度でこの固体の細孔容積中に存在するガスを押し出し真空にする。第２に、１０−４ミリバール未満の高真空、及び１１００℃超の高温の条件を適用することにより、化学的に結合したガス形成性化学種、例えば、酸化物、窒化物及び水和物の分解を促進する。
【００１７】
この生成物は、分子状又は原子状ガスであり、真空炉から押し出されて、より純粋な金属相及びセラミック相が残る。第１の工程では、ガスを放出した材料の重量変化は生じない。なぜなら、空気中で計量した場合、空気は中性浮力を有するからである。第２の工程では、重量変化が生じ、これを監視して、ガス放出の影響を評価することが可能であり、代表的には百分の数質量パーセントポイント、さもなければ数百ｐｐｍである。
【００１８】
本発明の方法の第１の部分は、反応物質の真空精製に関するが、上記の考察から、焼結固体の細孔空間における真空の形成は、この方法の一態様に過ぎないことは明らかである。次いで真空排気されたカプセルについて言えば、部分的にしか正確でない。反応混合物は、このカプセル中に収納されている。このカプセルは、耐熱性金属、例えばタンタルの２個のカップから形成されたろう付け密閉した缶である。このカプセルでは、代表的にはガスがその内部空間及びカプセルに収納されたいかなる固体中のものであれすべての細孔空間から除去されている。これに加えて、この固相それ自体は、揮発性化学種、例えば、窒素、酸素及び水素及びこれらの反応生成物がほとんど完全に取り除かれていることになる。この方法には、温度、真空及び時間の組合せが必要である。この缶中で真空を引き起こす第１の作用は、十分な工程ではない。次の段階の真空精製があり、これは、固体化合物とその分解したガス状生成物の間の平衡により決まり、例えば：
ＭｅＸ→Ｍｅ＋１／２Ｘ２
但し、Ｍｅは金属化学種、例えば鉄（Ｆｅ）であり、Ｘはガス化学種、例えば窒素（Ｎ）である。熱化学（或いは化学熱力学）の熟練者には、自由エネルギー関数におけるエントロピー項に関連する理由で高温、及び自由エネルギー関数における圧力−体積項に関連する理由で低圧、又は高真空の適用は、前進反応に有利に働き、固相（単数又は複数）から化学種Ｘを除去させることは明らかであろう。これは物理的な排気とは同じでないが、本発明による真空精製の方法の中心となる。
【００１９】
精製の後、この構成要素をカプセル組立て中の雰囲気ガスの再取込みから保護しなければならない。このために、精製に使用した真空炉の装填口にアルゴンを充填したグローブボックスを取り付ける。缶を真空ろう付けする方法によって密閉するのに同じ炉を使用する場合は、次いでこの缶を組み立て、同じ真空炉に戻してよい。しかし、ろう付け密閉をこのために取っておいた別の炉中で実施することがより優れたやり方であるとみなされる場合は、組み立てた缶をアルゴンを充填して空気への接近を防止するために閉鎖した移動容器に収納し、次いで適当なろう付け密閉用の炉に移動しなければならない。
【００２０】
このセラミックバリアは、耐熱性を有する適当なセラミック製のチューブ及びパッドから形成され、これは、酸化物セラミックス、例えば、ＨＰＨＴ法で証明された、パイロフィライト、マグネシア、アルミナ及びこの組合せから選択されることとなる。
【００２１】
反応物質及びバリアセラミックスを含むこの缶は、窒素及び他の雰囲気ガスを含まない、内部反応容積とこれらのガスで飽和された外部成分の間の不浸透性層を形成することが可能でなければならない。好ましくは、これらは耐熱性金属、タンタル、チタン、モリブデン又はニオブのうちの１つから作製される。金属、例えば、鉄（鋼）及びニッケルは、溶融し、望ましくないガス、窒素及び酸素の取込みを受けやすい。
【００２２】
この缶を真空下で密閉し、冷却すると、ガスを充填する最終ステップを実施することができる。
【００２３】
このプロセスガスを導入する工程は、以下に明らかにされる理由のために重要である。本発明の方法の価値は、真空精製、及びその後のガス添加又はガス処理の２つの工程を結びつけることにあり、ガス添加は、精製工程で行われたより低温度で、好ましくは清浄化チャンバ又はろう付けチャンバからでさえ完全に別個のチャンバで実施される。このガス充填工程は、代表的には約２０〜約５０℃、特に約５０℃の温度で実施される。
【００２４】
この充填手順は、プロセスガスと缶金属の間の有害な反応のない、特別に設計したチャンバの中で低温から中位の温度で実施される。水素を含むプロセスガスが、この構成成分を精製するのに使用される条件、又は構成要素を密閉するのに使用される条件で真空炉に入れられる場合は、反応物質とプロセスガスの間、或いは缶に使用されるタンタルカップとプロセスガスの間の望ましくない反応があり、このような方法を無益なものにする。
【００２５】
本発明の実施形態を付随の図面を参照して説明する。図１を参照して、温度勾配法を用いて大きな結晶のダイヤモンドを製造するのに適した反応物質を図１によって例示する。この図を参照すると、（１）は、ダイヤモンド又は黒鉛からなる炭素源であり、溶媒／触媒、例えば、コバルト及び鉄粉末と、コバルト：鉄：黒鉛又はダイヤモンドの比率６０：４０：１５で混合されている。（２）は、炭素源の質量のほぼ３倍の溶媒／触媒物質であり、溶媒／触媒、例えば、コバルト及び鉄粉末と、コバルト：鉄：黒鉛の比率６０：４０：５で混合された黒鉛からなる。（３）は、０．４〜０．５ｍｍのサイズ及び所望の最終結晶サイズに応じて１０〜４０個の数の、ダイヤモンドの種を担持するように穿孔したセラミックプレートである。このセラミックは、例えば、パイロフィライト、マグネシア又はジルコニアから選択される適当な高温で安定な酸化物とすることができる。
【００２６】
この反応物質の３つの単位（１）、（２）及び（３）を、図２に示す耐熱性セラミック容器（例えばパイロフィライト）に合う直径の円柱形にプレスするか、或いは、高温処理の後膨張した直径が、個々の特定の単位がセラミック耐熱性容器にぴったりと挿入するのに適するように、規定の割合で故意に小さくした。これらの材料を１１００℃の温度で３．５×１０−６ミリバールより良好な最終真空が達成されるまで、６時間超、４８時間未満の間、真空中で熱処理にかけた。この処理により、粉末混合物の細孔空間中や粉末粒子表面上に存在するガス不純物、及び溶解化学種として金属粒子中に含まれるガス不純物が効果的に減少する。これは、ダイヤモンドのような耐熱性相中に含まれるガスは除去しない。これらのガスを減少させるためには、低炭素含有量の炭素源、例えば、スペクトロスコピックグラファイト（ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｇｒａｐｈｉｔｅ）又は窒素を含まない環境中での化学蒸着法によって成長したダイヤモンドを使用しなければならない。この構成要素を２×１０−６ミリバール（２×１０−４Ｐａ）より良好な真空中で冷却し、図２に示す容器中に組み立てるためにアルゴン雰囲気中で取り外した。
【００２７】
図２の容器は、以下の構成要素を含む。
（４）耐熱性セラミックチューブ例えばパイロフィライト
（５）耐熱性金属カップ、例えばタンタル
（６）耐熱性金属ふた、例えばタンタル
（７）熱性セラミックの末端の円板、例えばパイロフィライト。
【００２８】
カップ５及びふた６は、継ぎ目を作るように組み合わされ、適当な組成及びサイズのろう付けワイヤ８を継ぎ目上に配置し、ワイヤを適当に張ってしかるべき場所に保持した。ろう付けワイヤ９のより小さな片を円に形成し、ふた６の上面の中心上に配置した。
【００２９】
この組立ては、適当な移動グローブボックスを取り付けた真空炉、例えばＣｅｎｔｏｒｒ（商標）Ｖａｃｕｕｍ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ’  ｓｅｒｉｅｓ  ４６ボトムローディング式炉を用いてアルゴン雰囲気下で実施した。
【００３０】
この組み立てた容器を、ろう付けの溶融前にガスが封じ込めから脱出するのを可能にするのに適した温度及び残存時間のプログラムにより、ろう付けの融点まで真空中で加熱した。７×１０−６ミリバール（７×１０−４Ｐａ）より良好な真空が得られた。ろう付け温度、例えば１０２５℃で、ろう付け金属（これは、カップとふた６をろう付けするのに適した組成物、例えば銀中の５％パラジウム合金である）は、溶融され、カップ及びふたをぬらし、継ぎ目中に流れ込んだ。この工程は、蒸発によるろう付けの損失を防止するために、規定された短い時間行われるようにされ、代表的にはこの時間は１５〜２５分間であった。ろう付け金属９のより小さな片を溶融し、ふた６上に流れさせて、直径ほぼ６〜１０ｍｍのぬれたパッチを形成した。この時間の後、密閉された容器を真空中で８０℃に冷却して取り出した。この時点で、この容器は、密閉されており、すべてのガス汚染物を含まない精製された合成材料を含むことが認められた。これは、脱ガス密閉カプセルと称される。
【００３１】
この脱ガス密閉カプセルを図３に示すバックフィリング及びシールユニットに移動する前に、カプセルの周囲の過剰なろう付け８を研磨によって除去し、低温鉛−スズはんだワイヤの輪を、ふた６の上面上のろう付けパッチ９の中心上に配置した。
【００３２】
或いは、ろう付けパッチ及びはんだワイヤの輪を省略して、論じられる代替のシール法を適用した。
【００３３】
図３に示すバックフィリングユニットは、以下の構成要素からなる。
（１０）機械加工した剛直なバックフィリングチャンバ基底部。装填のために分離されており、Ｏリングシール及びクランプ（図示せず）を備えている。
（１１）ガスの供給口、電気及び穴開け工具の接続点を備えている機械加工した剛直なバックフィリングのふた。良好な真空の慣行、例えば、Ｏリングシール及びフィードスルーを守っている。
（１２）穴開け及びはんだ付けステップの制御のための観察口。
（１３）穴開け工具、例えば先端部を尖らせた硬化鋼の棒。圧縮シールを通して直線動作が可能である。
（１４）はんだ付け作用を引き起こすための、Ｋａｎｔｒａｌワイヤの加熱要素。
（１５）加熱器電流のための気密なフィードスルー。
（１６）精密圧力計。ゲージ圧−１バール（絶対圧０バール）からゲージ圧２バール（絶対圧３バール）。
（１７）遮断弁を備えている真空ポンプライン。
（１８）遮断弁を備えているガスバックフィリングライン。
【００３４】
図２の容器を、はんだの輪の中心が穴開け工具（１３）の下になるように、機械加工したバックフィリングチャンバ基底部（１０）の凹部に配置した。このチャンバをふた（１１）を用いて密閉し、このチャンバに取り付けられた精密圧力計（１６）に示されるように１０ミリバール（１ｋＰａ）未満に真空排気した。所望のバックフィリングガス、この例ではメタンＣＨ４を、約５０℃の温度でライン（１８）を介して、ゲージ圧０バール（絶対圧１バール）又はわずかに高く、例えばゲージ圧０．１バール（絶対圧１．１バール）の圧力まで入れた。次いで、ライン（１７）を介してこのチャンバを１０ミリバール（１ｋＰａ）未満に真空排気し、この工程を少なくとも５回反復して、このチャンバの中の窒素の保留を最小限に抑えた。最後のこのような洗浄サイクル（ｒｉｎｓｉｎｇ  ｃｙｃｌｅ）の後に、このチャンバは、所望のプロセスガス又はプロセスガスの混合物で、絶対圧１バール又はそれより高く（以下の気体方程式におけるＰ）まで充填され、その後、穴開け工具を直線シール中を下方に駆動させ、容器の耐熱性金属ふた６に穴を開けることによってこの容器を突き通した。突き通した穴は、はんだの輪の中心でろう付け金属のパッチ上に位置した。真空排気されたカプセル中へのガスの流入は、圧力計の下方への圧力のふれ、例えばゲージ圧０バールからゲージ圧−０．００５バールとして、及び金属ふたの外観の変化によっても（これは観察口（１２）を通して観察できた）検出された。穴開けの後は、このカプセルはもはや内部は真空ではなく、ふたは上下に反ることができた。カプセルを１時間このガス雰囲気中に静置させ、このガスがカプセルの内容物と平衡になるようにし、その後、カプセル中へのガスの取込量を推定するためにこの圧力のふれを使用した。バックフィリングチャンバからカプセルに移動したガスの体積を計算する式は、
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但し、Ｖｂはバックフィルされた体積であり、
Ｖｃはチャンバの体積であり、Ｐ２は最終圧力（絶対）であり、デルタ記号は、理想気体の法則に従う圧力の変化を意味する。
【００３５】
次いで、容器のふた６にわずかに接触した、輪状の加熱要素（１４）を通してほぼ１５アンペアの電流を流し、このはんだを溶融し、ふたに突き通した穴を覆って流させることによってこの容器を密閉した。
【００３６】
或いは、ほぼ１時間のカプセルの内容物との平衡時間後、このプロセスガスを逆止め弁を通して置き換え、高温炉処理の分野の優れた慣行のように、焼却用火炎中で焼き尽くした。プロセスガスを置き換えるのにアルゴンを使用した。プロセスガスがこのチャンバから完全に除去されるとアルゴンの流れを中止し、このふたを持ち上げて外した。これにより、刺し穴を覆ってエポキシ接着剤層でタンタルパッチを固定するために、缶のふたに近づくことが可能になり、一方、この缶はアルゴンの層中で保護され、このようにして、空気及びその成分ガスが接近することが最小限に抑えられた。これは、タンタルパッチシーリングと称される。
【００３７】
圧力を平衡させた後、この密閉された容器をバックフィリングチャンバから取り出し、高圧高温合成システムに装填するために、圧力媒体の適当な架台の中に入れた。この合成システムをほぼ５．０ＧＰａで１３００℃に合わせ、成長結晶の１時間当たり１〜２ミリグラムの炭素の流れを確保するようなバイアス加熱器設計（ｂｉａｓｅｄ  ｈｅａｔｅｒ  ｄｅｓｉｇｎ）によって温度勾配をカプセルに適用した。１００時間後、中央サイズが０．７カラット（１４０ｍｇ）の１０個以上のセットがカプセル中で成長したことが観察された。これらのダイヤモンドを酸処理によって溶媒／触媒金属から取り出し、以下の特性を有することが認められた。
１）すべての成長領域で１ｐｐｍ未満の窒素濃度を有するタイプＩＩａ特性、
２）自形の塊状の形及び対称面を有する良好な結晶性、
３）種面における損傷に関連する亀裂、又は任意の他の亀裂がないか非常に少ない、
４）１３３２ｃｍ−１での強いラーマンピーク、及び
５）メタルメータ含有量（ｍｅｔａｌｓ  ｍｅｔｅｒ  ｃｏｎｔｅｎｔ）の読み１〜１０で示されるように低い金属包含物。
【００３８】
ガス−バックフィリングステップを実施しない場合は、０．１〜０．３カラット（２０〜６０ｍｇ）の範囲のより小さな結晶が成長したことが観察され、この結晶は対称性の劣る丸みのある形状を示し、この結晶は、多数の亀裂及びひずみに関連する内部のきずを受けた。この結晶は、メタルメータ含有量の読み１３０〜１９０で示されるように高い金属包含量を有していた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の方法のための反応物質の例の概略図である。
【図２】図１の反応物質を収納するカプセルの側断面図である。
【図３】本発明の方法で有用なガスバックフィリングチャンバの側断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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