酸素によるダイヤモンドのグラファイト化を応用した単結晶ダイヤモンドの研磨法

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現在ダイヤモンド切削工具は、ダイヤモンド単結晶をダイヤモンド微粉で機械的に研磨して仕上げている。しかし、この方法ではダイヤモンドの結晶構造に起因する摩耗の異方性のために、任意の結晶面を効率的に研磨することは不可能に近い。そこで本研究は、ダイヤモンドが酸素の存在下でグラファイト化する性質を利用して、ダイヤモンドの研磨を試みたものである。まずダイヤモンド、グラファイト化について、真空容器を備えた加熱装置を作製して検討した。ダイヤモンド粉を時間、温度、圧力を変えて加熱し、グラファイト生成の有無をX線解析法によって判断した。その結果、1400℃以上の場合グラファイトの生成が確認できた。この結果をもとにして、大粒の単結晶ダイヤモンドを1400℃で20分間加熱し、表面抵抗を4探針法で測定したところ、表面抵抗は処理前の10┣D17Ω以上から2×10┣D14┫D1Ωに低下し、大粒の単結晶ダイヤモンドでもグラファイトが生成することを確認した。次いで試作した、ダイヤモンドの熱化学反応を利用した研磨装置で、種々の条件で気相合成したダイヤモンド膜を、アームコ鉄板を研磨板として40torrの水素雰囲気で研磨した。その結果、研磨板温度860℃程度で、表面凹凸の激しいダイヤモンド膜を、2時間程度で鏡面に仕上げることができた。さらに、大粒のダイヤモンド単結晶の研磨を同様にして試みたところ、気相合成膜と同様容易に研磨できた。研磨速度をさらに向上させることをねらい、酸素を添加する目的で、ガス供給系に水素ガスをキャリアガスとした水蒸発装置を設置した。導入したガスを約2000℃K加熱したタングステンフイラメントに吹きかけ、水を水素と酸素に分解した。その結果、研磨速度は水素雰囲気の場合より増大した。これがグラファイト化に起因することを確認する必要がある。