気相成長法による高強度透明ダイヤモンド板の合成に関する研究

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本研究は,ダイヤモンドを高速に合成できるアーク放電プラズマジェットCVD法により,機械的強度の優れた透明ダイヤモンド板を作製するための合成条件を見いだすことを目的とした.そして,ダイヤモンド板の機械的強度は3点曲げ試験により抗折強度を測定することで評価し,光学的性質は赤外分光分析により評価した.また,ダイヤモンド板断面の組織観察を行い,成長様式と機械的強度の関係を検討した.申請者の研究室有する高速合成可能なアーク放電プラズマジェットCVD装置によりメタン濃度を1%以下と低くし,合成速度約10μm/h程度でダイヤモンド合成を行った結果,光透過性に優れるダイヤモンド板が得られた.このダイヤモンド板の結晶方位はX線回折結果より,ランダムに配向していることがわかった.また,透光性をフーリエ変換赤外分光分析により評価した結果,両面を研磨した厚さ120μmのダイヤモンド板で波長10μmにおける透過率は約68%であった.合成した透明ダイヤモンド板の結晶組織を,断面を研磨した後水素プラズマでエッチングすることで露出し観察した.その結果,光透過性に優れるダイヤモンド板では欠陥や不純物の混入が少なく,結晶の成長に乱れが生じていないことがをわかった.そして,機械的強度は3点曲げ試験により調べた結果,約700MPaであり,焼結ダイヤモンドに比べて半分程度の値であった.合成したダイヤモンド板の結晶粒間に空隙が存在し,ここからき裂が進展するため強度を低下させていることを明らかにした.