專利名稱：微細金剛石的制造方法及微細金剛石的制作方法
技術領域：
本發明涉及可以用于拋光材料、潤滑劑、表面改性劑、各種電子 裝置例如傳感器等的微細金剛石的制造方法以及微細金剛石。
背景技術：
金剛石是現有物質中硬度最高的物質，因此將金剛石微粒作為磨 削磨石用的磨粒或研磨、拋光用的磨粒廣泛地應用于平滑地研磨物體 表面的工序中。特別地，隨著近年來新工業材料的引入以及電子器件 的急速開發，金剛石作為這些材料的超精密加工用研磨磨粒的需要呈 現越來越增加的趨勢。另外，在物體表面形成由金剛石微粒構成的薄 膜而提高物體表面的潤滑性、耐磨損性也已經實際應用。另外，金剛 石不僅這樣的機械性質優良，而且是電性質、熱性質以及光學性質也 優良的物質，是期待在更廣泛的領域應用的材料。例如，由于熱傳導 率非常高、帶隙大，因此具有在很寬的波長范圍中透明、物理化學上穩定等的特征，期待在半導體器件、電子發射器件、紫外線發光元件、 生物傳感器等廣泛的領域中應用。
目前，為了研磨材料、潤滑劑、表面改性劑等用途，單晶及多晶金剛石通過CVD法(例如，參見專利文獻1和專利文獻2)、高溫高 壓法(例如，參見專利文獻3)、沖擊壓縮法(例如，參見專利文獻4 和專利文獻5)以及爆轟法(例如，參見專利文獻6和專利文獻7)等 各種制造方法進行工業生產。
這些公知的制造方法中， 一般使用甲垸氣、炭黑、石墨等分別作 為碳原料。另外，所得到的金剛石的結晶尺寸為5nrn至數10mm的各 種尺寸，但是，除了通過CVD法合成的薄膜狀金剛石以外，它們的形 狀均為粒狀，沒有大的差異。
以往，金剛石磨粒的大部分使用通過靜高壓法合成的金剛石微料。
通過靜高壓法合成的金剛石為單晶金剛石，因此粒子形成棱角，具有
相當銳利的突起。另外，由于金剛石結晶特有的劈開性，所以因破碎
很容易成為具有尖銳棱角的粒子，易生成大粒子。因此，通常使用分 級后使其達到所需粒度分布的金剛石，由于不需要在該范圍以外的粒
徑的金剛石，因此成品率的提高存在問題，另外，這樣的單晶金剛石 粒子，研磨時尖銳的棱角不斷形成，侵入加工材料，在相對于材料表 面高度光滑性的面上成為難點，不適合作為精密加工用研磨磨粒。
另一方面，在動高壓法即利用沖擊波的沖擊壓縮法中，大多使用
石墨粉末作為碳原料(參見專利文獻4、專利文獻5及專利文獻9)， 得到直徑為約5至約數十nm的多個微細微晶結合(金剛石結合)而成 的多晶金剛石微粒，即使是在同一條件下合成，粒徑范圍也非常寬， 形狀為不定形，研磨性能的偏差大，因此通常使用分級后使其達到所 需粒徑分布的金剛石，由于不需要在該范圍以外的粒徑的粒子，因此 成品率的提高存在問題。另外，隨著近年來電子器件等、精密設備的 能力提高，對于分級精度提高以及更優良的加工面性狀的要求變高。
作為研磨材料，伴隨IT產業的興旺，作為磁頭、硬盤等的最終研 磨用的需要擴大。其中，應對高密度化、大容量化取得進展的硬盤的 加工精度的提高，進行了研磨用金剛石的微粒化，今后可能會要求更 進一步的微粒化。另外，在其它廣泛的領域中，金剛石的單一納米粒 子成為研究對象，預計今后在例如作為光學材料用或者半導體密封材 料用的填料使用時，通過與以往尺寸的金剛石共用而提高填充率、另 外作為催化劑等的載體使用時表面積的增大等，對于金剛石的微粒化 的要求將會提高。
在這樣的狀況中，能夠選擇性合成具有單一納米尺寸的粒徑即單
晶納米金剛石，是通過直接利用氧平衡為負的炸藥的爆炸能量，以炸 藥成分為碳源合成金剛石的爆轟法。目前市售的納米金剛石的平均粒
徑為4至10nm，但是這些納米金剛石由于合成時的副產物無定形碳等 的存在，而強烈凝聚為50至200nm的簇(二次粒子)，處于作為單一 納米粒子的特征受到很大損害的狀態。為了將這些簇分解為一個一個 的單粒子即單一納米粒子，對于納米金剛石的純化、解凝聚以及分散 化進行了各種研究(參照例如專利文獻S)，預計不久的將來，納米金 剛石肯定會作為具有原來的單一納米粒子的特性的優良材料而應用于 各領域。
在同樣的爆轟法中，在向炸藥中添加石墨或碳黑等作為碳原料進 行爆炸合成的方法中，主要生成微米尺寸的多晶金剛石。
專利文獻1:
專利文獻2: 專利文獻3: 專利文獻4: 專利文獻5: 專利文獻6: 專利文獻7: 專利文獻8: 專利文獻9:
日本特開平5-278195號公報 日本特開2004-210559號公報 日本特開平4-108532號公報 日本特開平6-121923號公報 日本特公平6-93995號公報 日本特公平6-59398號公報 日本特公平7-51220號公報 日本特開2004-238256號公報 日本特公平7-75662號公報

發明內容
鑒于這樣的狀況，要求選擇性地合成適合研磨等的無角且尺寸偏 差小的球形多晶金剛石、或適合各種微小傳感器等用途的針狀多晶金 剛石、以及平均粒徑比現有的納米金剛石更小的超微粒單晶金剛石。
本發明人對滿足上述要求的各種金剛石的有效合成方法進行了廣 泛深入的研究，結果發現在爆轟合成法中，通過混合特定的碳原料作為碳源，可以得到滿足上述要求的球形多晶金剛石、針狀多晶金剛石 以及超微粒單晶金剛石(單晶粒子小于4納米，優選3納米以下且1 納米以上的金剛石)，并且完成了本發明。
艮P，發現通過混合具有碳原子數4至15的有環化合物的炸藥組合
物的爆炸合成，可以得到平均粒徑比現有產品更小的超微粒單晶金剛
石；通過使混合有富勒烯(Fullerene)作為碳原料的炸藥組合物爆轟， 可以選擇性合成定形球狀的多晶微粒金剛石；通過使混合有直徑1至 100nm的管狀或纖維狀的碳納米結構體作為碳原料的炸藥組合物爆轟， 可以選擇性合成針狀的多晶金剛石，并且完成了本發明。
艮口，本發明涉及
(1) 一種微細金剛石的制造方法，其中，使含有碳原子數4至15 的有環化合物、富勒烯類或者直徑1至100nm的管狀或纖維狀碳納米 結構體作為碳原料的炸藥組合物爆炸，進行爆炸合成；
(2) 上述(1)所述的微細金剛石的制造方法，其中，碳原子數4 至15的有環化合物為金剛烷類；
(3) 上述(1)所述的微細金剛石的制造方法，其中，碳納米結構 體為碳納米管；
(4) 一種微細金剛石，其通過配合金剛烷類、富勒烯類或碳納米 管作為碳原料的炸藥組合物的爆炸合成而得到；
(5) —種單晶粒子的大小為1至3nm的金剛石；
(6) —種粒徑為0.01至lOO)am的定形球狀的微細金剛石；
(7) 上述(6)所述的微細金剛石，其為多晶金剛石；
(8) 上述(4)所述的微細金剛石，其為直徑1至lOOnm的針狀 多晶金剛石；
(9) 上述(8)所述的微細金剛石，其中，長度/直徑的比為10以
上；
(10) 上述(1)所述的微細金剛石的制造方法，其中，炸藥組合 物的炸藥成分為含硝基的化合物；
(11) 上述(10)所述的微細金剛石的制造方法，其中，相對于炸 藥組合物碳原料的添加率為1至10重量％ (以下如果沒有特別說明相 同)；
(12) —種炸藥組合物，其中，含有碳原子數4至15的有環化合 物、富勒烯類或直徑1至lOOnm的管狀或纖維狀的碳納米結構體；
(13) 上述(12)所述的炸藥組合物，其中，碳原子數4至15的 有環化合物為金剛烷類；
(14) 上述(12)所述的炸藥組合物，其中，直徑1至100nm的
管狀或纖維狀的碳納米結構體為碳納米管。
本發明的微細金剛石，與現有的納米金剛石相比，更有效地顯現 了金剛石具有的機械、熱、電及光學的優良特性或者作為單一納米粒 子的特性等。例如，超微粒金剛石作為超精密加工用研磨磨粒或者填 料等非常有用，無棱角且尺寸偏差小的球形多晶金剛石適合研磨使用，
作為磨削磨石用的磨粒或研磨、拋光用的磨粒等非常有用，期待針狀 多晶金剛石作為各種傳感針等。另外，根據本發明，可以高收率得到 與作為碳原料添加的有環化合物、富勒烯類或碳納米結構體的形狀對
應的微細金剛石。


圖1是實施例Al及比較例Al得到的金剛石粉末的X射線衍射光譜。
圖2是比較例B1得到的金剛石粉末的掃描電鏡(SEM)照片。
圖3是實施例Bl得到的金剛石粉末的SEM照片。
圖4是實施例B2得到的金剛石粉末的場發射掃描電鏡(FE-SEM)照片。
圖5是比較例Cl得到的金剛石粉末的SEM照片。 圖6是實施例Cl得到的金剛石粉末的FE-SEM照片。
具體實施例方式
以下詳細說明本發明。
本發明中提到多晶金剛石或者多晶體時，是指由微細的多個微晶 金剛石結合而形成的物質。
本發明的超微粒單晶金剛石、球狀多晶金剛石或針狀多晶金剛石， 分別可以通過將碳原子數4至15的有環化合物(優選金剛垸類)、富 勒烯類、或者碳納米結構體(優選碳納米管)作為碳原料混合而成的 炸藥組合物，通常在密閉容器中或者水中等爆炸進行合成。爆炸與通 常的炸藥爆炸同樣，可以通過雷管等引爆。密閉容器的大小沒有特別 限制，從合成金剛石的回收等的容易性等出發，例如對于炸藥100克 至200克，優選約5至50升、更優選約10至約30升的耐爆炸的容器。
作為本發明炸藥組合物中的炸藥成分，優選爆炸速度為7000m/s 以上的炸藥成分，通常目前使用的是爆炸速度約9000m/s以下。作為該 炸藥成分，可以列舉含硝基化合物、優選含三個以上硝基的化合物， 例如，芳族硝基化合物(優選可以由氨基和/或甲基取代的三或四硝基
苯)、硝胺(優選C3至C6垸基(3至6硝基)胺)、硝酸酯等。作 為具體例子，可以列舉TNT (三硝基甲苯)、特屈兒(四硝基甲基苯 胺)、RDX (環三亞甲基三硝胺)、HMX(環四亞甲基四硝胺)、PETN (季戊四醇四硝酸酯)等。這些物質可以單獨使用或者2種以上混合使 用。另外，如果能夠給予金剛石生成所必需的爆炸沖擊壓，則其它產 業用的炸藥當然也可以使用。
本發明炸藥組合物中的炸藥成分，相對于炸藥組合物全體，為80 至99% (重量)(以下如無特別說明也同樣)、優選85至99%、更優 選90至99%。另外，作為金剛石的碳原料混合的碳原子數4至15的 有環化合物(優選金剛烷類)、富勒烯類或碳納米管，相對于炸藥組 合物全體，為1至20%、優選1至15%、更優選1至10%。混合量少 時，對于微細金剛石合成本身沒有障礙，但是一次得到的回收量變少。 另外，該碳原料過多時，可能會影響炸藥威力。
本發明的微細金剛石合成中使用的炸藥組合物，通過將炸藥成分 熔融，向其中添加所述的碳原料并均勻混合而進行制備。炸藥成分的
熔融可以采取任意方法，通常優選使用水或甘油等油作為熱介質，將 炸藥成分加熱熔融的方法。加熱溫度如果是能夠安全地熔融炸藥成分 的溫度則沒有特別限制。通常為約90至約IO(TC。向熔融液中混合碳 原料，只要能夠將碳原料均勻地混合到熔融液中，則可以是任意方法。 一般是使用通常的攪拌機進行混合。本發明中使用的炸藥組合物，優 選作為成型體使用，通過將熔融狀態的炸藥組合物熔融加載到成型容 器中進行成型。成型體的形狀沒有限制， 一般可以作為棱柱或圓柱狀 的成型體使用。
為了通過本發明方法合成微細金剛石，使上述得到的含有碳原料 的本發明炸藥組合物、優選上述的成型體在例如爆炸室等能夠耐爆炸 的適當密閉容器中或者水中等爆炸，通過爆炸合成可以生成金剛石。 更具體而言，在上述得到的本發明炸藥組合物、優選上述成型體中安 裝雷管，將所得物設置在例如爆炸室中、優選其中心，并且根據需要 用惰性氣體(例如，氮氣、氬氣或二氧化碳等)置換內部，將容器密 閉，然后用雷管起爆，由此使炸藥組合物爆炸，通過爆炸合成可以生 成金剛石。在水中爆炸時，將適量水加入適當的容器中，在其中與上 述同樣可以使本發明的炸藥組合物爆炸。
爆炸生成物通常通過爆炸后水洗容器內部等處理，作為水漿等被 回收。回收的水漿靜置并分離沉淀物，然后為了除去在爆炸生成物中 混合存在的金屬類或無定形碳等，進行作為通常金剛石純化法的酸處 理，除去金屬類，并且根據需要進行在約40(TC的溫度下的加熱處理或 者通過濃硝酸與濃硫酸混合酸的處理，除去無定形碳等后，進行水洗、 干燥，由此可以得到本發明的微細金剛石。
本發明的微細金剛石由添加的碳原料合成時，本發明中以相對于
添加的碳原料為約50至約75%的收率合成微細金剛石。
以下，更詳細地說明本發明的超微粒單晶金剛石的合成。
本發明的超微粒單晶金剛石的合成中，作為在炸藥組合物中配合 的碳原料，可以列舉有環化合物，例如，環己醇、環戊酮、二甲基環 己垸等環烷類，雙環戊二烯、降冰片烯單體等環烯類，金剛垸、金剛 醇等金剛垸類，優選碳原子數4至15的有環化合物(以下根據情況也 稱為該環狀化合物)。這些化合物中，金剛烷類由于熔點、沸點以及 著火點高，并且與炸藥成分混合后在常溫下為固體，因此在超微粒單 晶金剛石合成中特別優選。作為金剛垸類，可以列舉金剛烷、其同系 物以及金剛垸衍生物等，作為金剛烷衍生物，可以列舉具有1至2個 分子量為約15至約200、優選約15至約100的取代基的金剛垸衍生物。 本發明中如果是上述金剛烷類，則可以使用任意一種。作為該取代基， 可以列舉，羥基、氨基、羧基或者由CI-CIO、優選C1-C5的烴殘基取 代的這些基團、鹵原子或者C1至C10烴殘基等。
本發明的超微粒單晶金剛石的合成中，炸藥組合物中配合的該環 狀化合物、優選金剛垸類的使用量，根據所使用的炸藥成分的種類而 不同， 一般地相對于炸藥組合物全體，為1至10%，優選2至6%，另
外，根據情況更優選2至4%。此時，余量通常為炸藥成分。
本發明的超微粒單晶金剛石，與通過現有的爆轟法使炸藥成分作 為碳原料、或者添加石墨等作為碳原料得到的納米金剛石相比，具有 單晶粒子更小的特征。該超微粒金剛石通常是以單晶粒子凝聚的狀態 得到，根據需要，可以通過分散該凝聚體在水中并且進行超聲波處理 等的公知方法，使之成為單晶粒子狀態。
本發明得到的超微粒單晶金剛石的X射線衍射(射線源CuKcc 射線，管電壓40kV，管電流30mA)的結果，由衍射線的寬展基于 Scherrer式(柳田博明審訂"微粒子工學大系第1巻基本技術"Fuji Techno System, p.333， 2002)計算求得的、本發明的金剛石微晶(單 晶粒子)的大小在l至3nm的范圍內，與現有品的5nm相比明顯小。 這樣的超微粒金剛石迄今還沒有實際合成的例子，是由本發明首次得 到的。
根據本發明方法的情況下，1至3nm的超微粒單晶金剛石作為主 成分得到，它們至少占50%以上，優選為60%至100%，更優選為70% 至100%。以場發射掃描電鏡的觀察中，認為上述成分占80至100%。
本發明中，提到超微粒金剛石的單晶粒子的尺寸時，如果沒有特 別說明，是指上述由X射線衍射結果的光譜(衍射線)的寬展求得的 尺寸。
以下，對于使用配合了本發明的含有富勒烯類作為碳原料的炸藥 組合物的微細金剛石合成進行更詳細地說明。作為本發明中使用的富勒烯(fullerene)類，如果是一般分類為富 勒烯類的物質則沒有特別限制。即，如果是作為由5元環與6元環的 網絡封閉的中空殼狀的碳分子的富勒烯類，則可以使用任一種。作為 富勒烯類的優選具體例子，可以列舉C60、 C70、 C84等，根據需要這 些可以單獨使用或者2種以上作為混合物使用。炸藥組合物中富勒烯 類的含量根據使用的炸藥成分的種類而異， 一般相對于炸藥組合物全 體為1至10%，優選1至8%，更優選2至6%的范圍。根據情況，相 對于炸藥組合物全體為約1至約7%最合適。
配合富勒烯類作為碳原料的炸藥組合物的爆炸合成以及合成金剛 石的分離可以通過前述的方法進行。
所得到的微細金剛石，其粒子的大小等隨富勒烯類的添加量及富 勒烯類的種類等而有很大差異，因此不能一概而論，從C60的實驗結 果來看，添加量大時，例如相對于炸藥組合物添加C60約5%而得到的 金剛石粉末，在場發射掃描電鏡的觀察中，約90至約99%為無角的球 形，粒徑為10至50nm;添加量少時(例如，相對于炸藥組合物C60 的添加量為約2%時)，為微米單位的球狀多晶體，在場發射掃描電鏡 觀察中，粒徑統一為1至2)am，重量比例約90至約99%由粒徑1至2jim 的球狀多晶金剛石構成。
因此，由含有富勒烯類作為碳原料的炸藥組合物爆炸合成的微細 金剛石，可以通過其添加量等控制多晶體的大小在約10nm至約2fim 廣泛范圍內，從而可以得到具有非常一致的一定球狀形態的多晶金剛 石。因此，具有作為要求更精密的精加工面的性狀的超精密研磨用磨 粒使用的可能性。
另外，這些多晶金剛石，當由富勒烯類合成時，相對于炸藥組合 物全體添加2至5%的富勒烯類時，可以以50至75%的高收率得到本
發明的微細金剛石。
以下，關于使用配合了本發明中的直徑1至100nm的管狀或者纖 維狀碳納米結構體、優選碳納米管作為碳原料的炸藥組合物的微細金 剛石合成進行更詳細地說明。
作為本發明中使用的上述碳納米結構體，如果是在上述范圍內的 物質則沒有特別限制。該碳納米結構體，優選L/D (長度/直徑的比) 為10以上，通過使用這樣的碳納米結構體，可以得到針狀金剛石。作 為該碳納米結構體的具體例子，可以列舉納米玻璃纖維(nanoglafiber)、 碳納米管、碳納米突等，優選碳納米管。更優選L/D (長度/直徑的比) 為10以上的碳納米管。本發明的微細金剛石，為原料碳納米管的形狀 及大小，基本原樣重現。即，選擇性地合成針狀形態的金剛石。
本發明的微細金剛石的合成中，炸藥組合物中混合的碳原料的使 用量因所使用的炸藥成本的種類而異， 一般為炸藥組合物全體的1至 10%，優選2至6%的范圍。
來自含有碳納米結構體的炸藥組合物的爆炸合成及合成金剛石的 分離可以根據上述進行。
所得微細金剛石用場發射掃描電鏡觀察，結果為包含短徑為5至 10nm的針狀微細微晶大量結合成的多晶體，且以直徑(短徑)為50 至150nm、長度(長徑)為0.3至1.5pm的針狀多晶體為主成分的微細 金剛石。觀察到該針狀多晶體大致為約50至約99%，更優選為約80 至約99%。
另外，這些針狀金剛石，由該碳納米結構體合成時，相對于炸藥 組合物全體添加5%該碳納米結構體時，可以以60%的高收率得到本發 明的針狀金剛石。以下列舉實施例更詳細地說明本發明，但是本發明不限于這些實施例。
實施例Al
將包含TNT50%、 PETN50。/。的彭托利特(Pentolite) 100克在用水 蒸汽加熱的熔融槽內熔融，添加3克金剛烷二醇并用攪拌機攪拌、混 合后，熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物的成型體103克。將 其設置在內部容積15L的爆炸室內，由6號雷管使炸藥組合物爆炸。 起爆后，將爆炸室內的氣體排出，然后水洗內部，以漿狀回收固體的 爆炸生成物并靜置。分離沉淀物，通過鹽酸處理除去雷管殘片等金屬 類，并利用濃硝酸與濃硫酸的混合酸除去煤后，進行水洗、干燥。其 結果以相對于炸藥組合物為2%的收率得到了淡灰色的金剛石粉末。
比較例Al
將包含TNT50%、 PETN50y。的彭托利特100克與實施例Al同樣 地熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物的成型體100克。使其與 實施例Al同樣地在內部容積15L的爆炸室內爆炸。之后，進行與實施 例Al同樣的處理，以相對于炸藥組合物為1.5%的收率得到淡灰色的
金剛石粉末。
用場發射掃描電鏡觀察實施例Al及比較例Al得到的淡灰色的金 剛石粉末，確認了比較例Al的金剛石粉末包括4至6nm的粒子及其 凝聚而成的二次粒子，與此相對，實施例Al的金剛石粉末包括1至 3nm的超微細納米粒子(認為是單晶)及其二次凝聚粒子。另外，X 射線衍射(射線源CuKa射線，管電壓40kV，管電流30mA)的 結果，由衍射線的寬展基于Scherrer式計算求得的微晶(單晶粒子)的 大小，比較例Al的金剛石粉末為5nm,實施例Al的金剛石粉末為2nm。 圖1中表示比較例Al (下段)及實施例Al (上段)的X射線衍射光
譜。
實施例Bl
將包含TNT50%、 PETN50。/。的彭托利特100克在用水蒸汽加熱的 熔融槽內烙融，添加2克C60使其相對于彭托利特為2y。，并用攪拌機 攪拌、混合后，熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物的成型體102 克。將其設置在內部容積15L的爆炸室內，由6號雷管使炸藥組合物 爆炸。起爆后，將爆炸室內的氣體排出，然后水洗內部，以漿狀回收 爆炸生成物并靜置。分離沉淀的爆炸生成物，通過鹽酸處理除去雷管 殘片等金屬類，并利用濃硝酸與濃硫酸的混合酸除去煤后，進行水洗、 干燥。結果以相對于C60為75%的轉化率得到了本發明的金剛石粉末。
實施例B2
將包含TNT40%、 RDX60。/。的賽克洛托(cyclotol) 100克在用水 蒸汽加熱的熔融槽內熔融，添加5克C60使其相對于賽克洛托兒為5%， 并用攪拌機攪拌、混合后，熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物 的成型體105克。使其與實施例Bl同樣地在內部容積15L的爆炸室內 爆炸。之后，進行與實施例Bl同樣的處理，以相對于C60為50%的轉 化率得到本發明的金剛石粉末。
比較例Bl
將與實施例B1同樣的彭托利特100克在用水蒸汽加熱的熔融槽內 熔融，添加石墨粉末5克使其相對于彭托利特為5%，并用攪拌機攪拌、 混合后，熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物的成型體105克。 使其與實施例Bl同樣地在內部容積15L的爆炸室內爆炸。之后，進行 與實施例B1同樣的處理，以相對于石墨粉末為20%的轉化率得到比較 用的金剛石粉末。
用掃描電鏡及場發射掃描電鏡觀察實施例Bl、實施例B2及比較 例Bl得到的淡灰色的金剛石粉末，確認了比較例Bl的金剛石粉末包
括粒徑大、具有各種不同形狀的微細多晶粒子及它們的二次凝聚粒子， 與此相對，實施例Bl的金剛石粉末包括粒徑1至2pm尺寸一致、同 時具有無角的一定形狀的微細多晶體。比較例B1的金剛石粉末的掃描 電鏡照片如圖2所示，另外實施例B1的金剛石粉末的掃描電鏡照片如 圖3所示。另外，確認了實施例B2的金剛石粉末也包括具有粒徑10 至50nm的球形的非常微細的多晶粒子。實施例B2的金剛石粉末的場 發射型掃描電鏡照片如圖4所示。
實施例Cl
將包含TNT50。/。、 PETN50。/。的彭托利特IOO克在用水蒸汽加熱的 熔融槽內熔融，添加5克碳納米管使其相對于彭托利特為5%，并用攪 拌機攪拌、混合后，熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物的成型 體105克。將其設置在內部容積15L的爆炸室內，由6號雷管使炸藥 組合物爆炸。起爆后，將爆炸室內的氣體排出，然后水洗內部，以漿 狀回收爆炸生成物并靜置。分離沉淀物，通過鹽酸處理除去雷管殘片 等金屬類，并利用濃硝酸與濃硫酸的混合酸除去煤后，進行水洗、干 燥。其結果以相對于炸藥組合物為3%的收率得到了本發明的金剛石粉 末。
比較例Cl
將包含TNT50%、 PETN50。/。的彭托利特100克在用水蒸汽加熱的 熔融槽內熔融，添加5克碳黑使其相對于彭托利特為5%，并用攪拌機 攪拌、混合后，熔融填充到成型容器中，得到炸藥組合物的成型體105 克。使其與實施例C1同樣地在內部容積15L的爆炸室內爆炸。之后， 進行與實施例Cl同樣的處理，以相對于炸藥組合物為2%的收率得到 了比較用的金剛石粉末。
用場發射型掃描電鏡以及掃描電鏡觀察實施例Cl和比較例Cl得 到的淡灰色的金剛石粉末，結果確認了比較例Cl的金剛石粉末包括直 徑50至500nm的微細粒狀多晶體，與此相對，實施例Cl的金剛石粉
末包括直徑(短徑)5至10nm、長度為其約IO倍的微晶大量結合而成 的微細針狀多晶體，該多晶體的直徑(短徑)為約50至約150nm，長 度(長徑)為約0.3至約1.5pm。由這些電鏡的觀察可知，針狀多晶體 是所得金剛石粉末的主成分，大致為80%以上為針狀多晶體。
比較例Cl得到的金剛石粉末的掃描電鏡照片如圖5所示，另外， 實施例Cl得到的淡灰色金剛石粉末的場發射型掃描電鏡照片如圖6所 示。
產業實用性
根據本發明，可以以高收率得到與作為碳原料添加的有環化合物、 富勒烯類或者碳納米結構體的形狀對應的微細金剛石，同時本發明得 到的超微粒金剛石作為超精密加工用研磨磨粒等很有用，無棱角且尺 寸偏差小的球形金剛石適于研磨用等，作為磨削磨石用的磨粒或研磨、 拋光用的磨粒等很有用，期待針狀結晶金剛石作為各種傳感針等。
權利要求
1.一種微細金剛石的制造方法，其中，使含有碳原子數4至15的有環化合物、富勒烯類或者直徑1至100nm的管狀或纖維狀碳納米結構體作為碳原料的炸藥組合物爆炸，進行爆炸合成。
2. 權利要求1所述的微細金剛石的制造方法，其中，碳原子數4 至15的有環化合物為金剛烷類。
3. 權利要求l所述的微細金剛石的制造方法，其中，碳納米結構 體為碳納米管。
4. 一種微細金剛石，其通過配合金剛垸類、富勒烯類或碳納米管 作為碳原料的炸藥組合物的爆炸合成而得到。
5. —種微晶的大小為1至3nm的金剛石。
6. —種粒徑為0.01至100pm的定形球狀的微細金剛石。
7. 權利要求6所述的微細金剛石，其為多晶金剛石。
8. 權利要求4所述的微細金剛石，其為直徑1至100nm的針狀結晶。
9. 權利要求8所述的微細金剛石，其中，長度/直徑的比為10以上。
10. 權利要求1所述的微細金剛石的制造方法，其中炸藥組合物 的炸藥成分為含硝基的化合物。
11. 權利要求IO所述的微細金剛石的制造方法，其中，相對于炸 藥組合物碳原料的添加率為1至10%。
12. —種炸藥組合物，其中，含有碳原子數4至15的有環化合物、 富勒烯類或直徑1至100nm的管狀或纖維狀的碳納米結構體。
13. 權利要求12所述的炸藥組合物，其中，碳原子數4至15的 有環化合物為金剛烷類。
14. 權利要求12所述的炸藥組合物，其中，直徑1至100nm的管狀或纖維狀的碳納米結構體為碳納米管。
全文摘要
本發明涉及一種微細金剛石的制造方法、以及通過該方法得到的微細金剛石，其中所述微細金剛石的制造方法，使含有碳原子數4至15的有環化合物、富勒烯類或者直徑1至100nm的管狀或纖維狀碳納米結構體作為碳原料的炸藥組合物爆炸，進行爆炸合成。1至3nm的超微粒金剛石作為單一納米金剛石期待超微細加工等領域的用途，另外，本發明得到的尺寸一致的球形的0.01至100μm的微粒金剛石期待作為精密加工中的研磨用磨粒等，針狀金剛石期待作為各種傳感器等的用途。
文檔編號C30B29/04GK101208462SQ20068002298
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月28日 優先權日2005年6月29日
發明者工藤治彥, 杉原秀明, 酒井秀臣 申請人:日本化藥株式會社