大型超高硬度ナノ多結晶ダイヤモンドの高圧合成と特性評価

当該等年度には、グラファイトを高温高圧下でダイヤモンドに直接変換することで得られるナノ多結晶ダイヤモンドの微細組織制御に関する研究を行った。様々なグラファイト原料について検討し、高結晶性かつ高配向性を有するグラファイトを原料としてダイヤモンド直接変換を行った。愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター設置のマルチアンビル装置を用いて、様々な温度圧力条件で合成実験を行った結果、15万気圧2300℃以上で透光性を示す十分に変換した高純度ダイヤモンド焼結体が合成できることが分かった。得られたダイヤモンドの微細組織を収束イオンビーム加工機と透過型電顕を組み合わせて評価した結果、高結晶性グラファイトからのダイヤモンド相転移はマルテンサイト型の相転移を主体として進行し、最終的に、層状の形態を示すナノグレインが111方位に配向した特異な組織を有するダイヤモンド焼結体が生成することが分かった。ダイヤモンドの耐摩耗特性は面方位によって異方性があり、111面は最も耐摩耗性の高い面として知られている。本研究で得られたダイヤモンド焼結体は、111方位の配向性により、ダイヤモンドの最高耐摩耗面である111面で試料表面が終端されており、従来の多結晶グラファイトを原料とした結晶方位がランダムなナノ多結晶ダイヤモンドよりも耐摩耗特性において優れている可能性が高い。また、共同研究者の協力のもと、得られた試料の硬度測定試験を行った結果、単結晶ダイヤモンドと同等程度の高硬度を有することが明らかになり、新しい耐摩耗工具用材料として応用が期待できる材料であることが分かった。本年度の研究成果は、国内の学会で発表した他、雑誌論文へ投稿し、掲載されることが決定している。

当該等年度には、グラファイトを高温高圧下でダイヤモンドに直接変換することで得られるナノ多結晶ダイヤモンドの微細組織制御に関する研究を行った。様々なグラファイト原料について検討し、高結晶性かつ高配向性を有するグラファイトを原料としてダイヤモンド直接変換を行った。愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター設置のマルチアンビル装置を用いて、様々な温度圧力条件で合成実験を行った結果、15万気圧2300℃以上で透光性を示す十分に変換した高純度ダイヤモンド焼結体が合成できることが分かった。得られたダイヤモンドの微細組織を収束イオンビーム加工機と透過型電顕を組み合わせて評価した結果、高結晶性グラファイトからのダイヤモンド相転移はマルテンサイト型の相転移を主体として進行し、最終的に、層状の形態を示すナノグレインが111方位に配向した特異な組織を有するダイヤモンド焼結体が生成することが分かった。ダイヤモンドの耐摩耗特性は面方位によって異方性があり、111面は最も耐摩耗性の高い面として知られている。本研究で得られたダイヤモンド焼結体は、111方位の配向性により、ダイヤモンドの最高耐摩耗面である111面で試料表面が終端されており、従来の多結晶グラファイトを原料とした結晶方位がランダムなナノ多結晶ダイヤモンドよりも耐摩耗特性において優れている可能性が高い。また、共同研究者の協力のもと、得られた試料の硬度測定試験を行った結果、単結晶ダイヤモンドと同等程度の高硬度を有することが明らかになり、新しい耐摩耗工具用材料として応用が期待できる材料であることが分かった。本年度の研究成果は、国内の学会で発表した他、雑誌論文へ投稿し、掲載されることが決定している。