合成单晶金刚石制造技术

一种合成单晶金刚石，该合成单晶金刚石包含浓度大于600ppm且为1500ppm以下的氮原子。合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm

Synthetic single crystal diamond

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】合成单晶金刚石
本公开涉及一种合成单晶金刚石。本申请要求在2017年10月20日提交的日本专利申请No.2017-203412的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
因为单晶金刚石具有高硬度，所以单晶金刚石已经广泛用于诸如切削工具、磨削工具和耐磨工具之类的工具中。工具中使用的单晶金刚石包括天然金刚石和合成金刚石。大部分天然金刚石(Ia型金刚石)包含作为杂质的聚集型氮原子。当金刚石用于工具中时，金刚石晶体中的聚集型氮原子可以抑制塑性变形和/或裂纹的发展。因此，天然金刚石具有高机械强度。然而，因为天然金刚石的品质变化很大，并且天然金刚石的供应不稳定，所以在工业领域中使用天然金刚石存在很大的风险。与之相比，合成金刚石的品质恒定，并且可以稳定地供应，因此在工业领域中被广泛应用。通常，合成金刚石(Ib型金刚石)包含作为杂质的孤立置换型氮原子。已知金刚石的机械性能将随着金刚石晶体中的孤立置换型氮原子的浓度的增加而劣化。因此，当Ib型合成金刚石用于工具中时，工具的切削刃可能磨损或缺损。此外，一些合成金刚石(IIa型金刚石)几乎不包含氮杂质。因为IIa型合成金刚石不包含可抑制塑性变形和裂纹的进展的杂质或晶体缺陷，所以当IIa型合成金刚石用于工具中时，工具的切削刃可能缺损。因此，已经对用于改善合成金刚石的耐磨性和耐缺损性的技术进行了研究。例如，专利文献1(日本专利待审查公开No.2015-134718)公开了一种通过用电子束或中子束照射Ib型合成金刚石材料以在金刚石材料中形成孤立空位缺陷并且随后使金刚石材料退火，从而改善金刚石的韧性和耐磨性的技术。此外，非专利文献1(ATCollins,Vacancyenhancedaggregationofnitrogenindiamond，JournalofPhysicsC:SolidStatePhysics，theInstituteofPhysics，UK，1980，No.13，p2641-50)公开了这样一种技术，其中在用电子束照射Ib型合成金刚石材料后，进行热处理以将晶体中的孤立置换型氮原子转化为聚集型氮原子。引用列表专利文献专利文献1：日本专利待审查公开No.2015-134718非专利文献非专利文献1：ATCollins,Vacancyenhancedaggregationofnitrogenindiamond，JournalofPhysicsC:SolidStatePhysics，theInstituteofPhysics，UK，1980，No.13，p2641-50
技术实现思路
根据本公开的一个方面的合成单晶金刚石包含浓度大于600ppm且为1500ppm以下的氮原子，合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm-1)和包含含量为1ppm以下的氮原子的合成IIa型单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ(cm-1)满足下式(1)：λ'-λ≥-0.10(1)。附图说明图1为示意性地示出了根据本公开的一个方面的用于制造合成单晶金刚石的试样室的示例性结构的截面图。具体实施方式[本公开要解决的问题]专利文献1和非专利文献1这两者都涉及将Ib型合成金刚石中的孤立置换型氮原子转化为聚集型氮原子的技术，但转化率不足，这使得获得的合成金刚石的耐缺损性不足。因此，本公开的目的是提供一种具有高硬度和优异的耐缺损性的合成单晶金刚石。[本公开的有利效果]根据上述方面，提供了一种具有高硬度和优异的耐缺损性的合成单晶金刚石。[各方面的描述]首先，将对本公开的各方面进行描述。(1)根据本公开的一个方面的合成单晶金刚石包含浓度大于600ppm且为1500ppm以下的氮原子，并且合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm-1)和包含含量为1ppm以下的氮原子的合成IIa型单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ(cm-1)满足下式(1)：λ'-λ≥-0.10(1)。因为晶体中的拉伸应力较小，所以上述方面的合成单晶金刚石具有高硬度和优异的耐缺损性。(2)在以100N/min的负荷速度将尖端半径为50μm的球形金刚石压头压在合成单晶金刚石的表面上的破坏强度试验中，合成单晶金刚石的开裂负荷优选为10N以上。当开裂负荷为10N以上时，合成单晶金刚石具有优异的破坏强度和耐缺损性，并且当将合成单晶金刚石用作切削工具中的材料时，该切削工具可以切削任何难以切削的硬质材料，而不引起切削刃的缺损。(3)合成单晶金刚石在{001}面的<100>方向上的努普硬度优选为95GPa以上。当具有该硬度的合成单晶金刚石用作工具中的材料时，工具的耐磨性得以改善。[本公开的实施方案的细节]下面将参考附图描述根据本公开的实施方案的合成单晶金刚石的具体实例。<合成单晶金刚石>根据本公开的实施方案的合成单晶金刚石包含浓度大于600ppm且为1500ppm以下的氮原子，并且合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm-1)和包含含量为1ppm以下的氮原子的合成IIa型单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ(cm-1)满足下式(1)：λ'-λ≥-0.10(1)。影响金刚石的耐磨性和耐缺损性的一个重要因素是金刚石晶体中的内部应力的状态。当在金刚石晶体中存在拉伸应力时，金刚石晶体可能会由存在拉伸应力的点开始经历塑性变形或断裂，这使耐磨性和耐缺损性劣化。相反，当在金刚石晶体中存在压缩应力时，耐缺损性得以改善。因此，通过调整金刚石晶体中的内部应力的状态以尽可能小地降低拉伸应力或使压缩应力占主导，可以改善单晶金刚石的耐磨性和耐缺损性。可以通过比较合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm-1)和包含含量为1ppm以下的氮原子的合成IIa型单晶金刚石(在下文中也称作参考标准或合成IIa型单晶金刚石)的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ(cm-1)，来评价合成单晶金刚石中的内部应力的状态。具体而言，可以通过由λ'和λ之间的差值(λ'-λ)表示的峰位置的偏移量评价合成单晶金刚石中的内部应力的状态。原因将在下文中描述。首先，将描述作为杂质而存在于晶体中的氮原子，该氮原子是金刚石晶体中的内部应力的一个主要因素。根据存在的形式，可将单晶金刚石中的氮原子分为孤立置换型氮原子、聚集型氮原子等。孤立置换型氮原子是指各自置换金刚石晶体中的碳原子并且作为原子单元存在于碳原子的位置处的那些原子。孤立置换型氮原子不会显著影响单晶金刚石的晶体结构，因此将不会有助于抑制裂纹扩展。此外，存在于金刚石晶体中的孤立置换型氮原子将在其晶格周围产生局部拉伸应力。因此，在包含孤立置换型氮原子的金刚石晶体中存在拉伸应力。因此，存在孤立置换型氮原子的位置附近成为塑性变形或断裂的起点，从而使金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成单晶金刚石，其包含浓度大于600ppm且为1500ppm以下的氮原子，/n所述合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171020 JP 2017-2034121.一种合成单晶金刚石，其包含浓度大于600ppm且为1500ppm以下的氮原子，
所述合成单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ'(cm-1)和包含含量为1ppm以下的氮原子的合成IIa型单晶金刚石的一次拉曼散射光谱中的峰的拉曼位移λ(cm-1)满足下式(1)：
λ'-λ≥-0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：角谷均，滨木健成，寺本三记，山本佳津子，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP