[发明专利]单晶金刚石和金刚石工具

说明书

技术领域

本发明涉及单晶金刚石和金刚石工具，并且更特别地涉及其中引入有缺陷部的单晶金刚石和包含所述单晶金刚石的金刚石工具。

背景技术

通常，使用天然金刚石或通过高压高温(HPHT)法制造的金刚石来制造金刚石工具如切割工具和耐磨工具。然而，天然金刚石显示大的品质变化并且不能以恒定的量供给。通过高压高温法制造的金刚石显示较小的品质变化并且能够以恒定的量供给，但是造成了生产设施的成本高的问题。

另一种合成金刚石的方法是气相合成法如化学气相淀积(CVD)法。例如，日本特开2005-162525号公报(下文中简称为专利文献1)公开了通过气相合成法制造的金刚石，该金刚石在紫外区域透明并且显示较少的晶体缺陷和应变。此外，例如，日本特开2006-315942号公报(下文中简称为专利文献2)公开了用在半导体器件衬底中并显示较少应变的金刚石单晶。此外，例如，日本特表2006-507204号公报(下文中简称为专利文献3)公开了适合用在光学器件或元件中的CVD单晶金刚石材料。然而，通过这种气相合成法制造的金刚石造成了如下问题：当将其用于工具材料时，倾向于容易发生碎裂(chipping)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本特开2005-162525号公报

专利文献2：日本特开2006-315942号公报

专利文献3：日本特表2006-507204号公报

发明内容

技术问题

单晶金刚石具有在(111)面中容易发生解理的特性。因此，在包含较少杂质和缺陷的单晶金刚石中，因机械冲击而沿解理面((111)面)的一部分产生裂纹，并且该裂纹在晶体中漫延开来，从而造成宏观碎裂。与此相反，本发明的发明人发现，当在晶体中存在杂质如氮和硼时，这些杂质起到防止裂纹发展的作用，从而抑制大面积碎裂的发生。本发明的发明人还发现，与杂质的情况下一样，晶体中的缺陷如原子空位和位错也具有防止裂纹发展的效果。然而，如果存在相对较少量的杂质和缺陷，则不能实现防止宏观碎裂的效果。因此，需要存在适当量的杂质和缺陷。因此，本发明的发明人预测，以控制的方式向金刚石晶体中引入杂质和缺陷，从而获得机械强度提高且不易碎裂的金刚石。

如上所述，尽管定性地预测了通过以控制的方式向金刚石晶体中引入杂质和缺陷而抑制碎裂的发生，但是尚未获得关于此的定量知识。这是因为通过高压高温法难以以控制的方式向晶体中引入杂质和缺陷，并且还因为天然金刚石中已经引入了杂质和缺陷。此外，根据气相合成法，比较容易以控制的方式引入杂质，但是难以以控制的方式引入缺陷。因此，在通过CVD法生长晶体的情况下，通常，缺陷、应变等在不受控制的情况下不规则且局部地残留在晶体内。因此，在这种情况下制造的金刚石中倾向于易于发生碎裂。

考虑到上述问题而做出了本发明。本发明的目的是提供如下：一种单晶金刚石，其中通过以控制的方式向所述单晶金刚石中引入缺陷而抑制了碎裂的发生；和通过包含所述单晶金刚石而提高了耐久性的金刚石工具。

技术方案

根据本发明的单晶金刚石是以引入了缺陷部的单晶金刚石的形式提供。所述缺陷部能够通过在利用圆偏振光照射所述单晶金刚石时产生的相位差而被检测。在所述单晶金刚石中，在以具有1mm边长的正方形的形状形成的测定区域内测定的所述相位差的平均值的最大值为30nm以上。

本发明的发明人对于以控制的方式向单晶金刚石中引入缺陷部进行了集中的研究。结果，本发明的发明人发现，当以控制的方式向晶体中引入缺陷部而使得上述相位差的平均值的最大值落在上述范围内时，显著抑制了金刚石中碎裂的发生，从而设想出了本发明。在根据本发明的单晶金刚石中，以控制的方式向晶体中引入缺陷部，使得所述相位差的平均值的最大值为30nm以上。因此，根据本发明的单晶金刚石，变得可以提供其中抑制了碎裂的发生的单晶金刚石。

另外，在上述单晶金刚石中，当在多个所述测定区域内测定所述相位差时，所述相位差的平均值的最大值为30nm以上。

在所述单晶金刚石中，在所述测定区域内测定的所述相位差的标准偏差可以为30nm以上。

因此，可以以使其更均匀地分散的方式向单晶金刚石中引入缺陷部。结果，变得可以提供其中更有效地抑制了碎裂的发生的单晶金刚石。