一般的にダイヤモンドパウダーは人工的に作られたnm～μmサイズのダイヤモンド結晶のことを指し、主に研磨剤として利用されています。天然のダイヤモンドは宝石として非常に高価な物質であるため、工業用に利用することは難しいという問題がありましたが、人工的にダイヤモンドパウダーが製造できるようになってからはダイヤモンドの世界屈指の硬い物質という特徴を生かし、特に切削加工・研磨の分野で需要が急拡大しました。

ダイヤモンドパウダーの種類としては単結晶、多結晶があり、多結晶は改良された後発である分、性能は単結晶より高い傾向があります。

ダイヤモンドパウダーの使用用途

ダイヤモンドパウダーは砥粒として使われる場合と、刃先に付けてダイヤモンドカッター・ブレイド及びソーワイヤーとして用いられることが多いです。基本的には工業用・現場作業向けの製品ですが、ダイヤモンドカッターは非常に値段も安くなっていますので日曜大工(DIY)で使用される場面もでてきました。その他、美容関係ではネイルをはじめとして、フェイスパウダーや香水や保湿剤に含有させる製品や手作りアクセサリーで使用されるほど身近なものになりました。

ダイヤモンドパウダーの原理

ダイヤモンドパウダーの製造方法にはいくつか方法があり、単結晶が得られるのは高圧・静的合成法になります。

原理としては油圧プレスで試料(黒鉛など)を加圧した上でさらに高温も必要とされるので、単純な仕組みではありますが大がかりな装置になります。

一方、多結晶を得る手法としては高圧・衝撃合成法などがあります。

原理は試料(黒鉛など)を密閉した状態で、爆薬による爆発で瞬間的(数μ秒)に加圧する方法(爆発の瞬間に断熱圧縮も発生)になります。このような手法で生成されたダイヤモンドパウダーは数十～数千nmと非常に小さいですが、砥粒として非常に優秀であったため、すぐに実用化されました。

しかし、どちらの手法も製造方法としては改善の余地があると考えられており、現在も新しい製造方法が研究されています。

実際に砥粒として使うにあたり、ダイヤモンドパウダーをそのまま販売する場合もあれば、砥石に加工している場合もあります。砥石の製造はダイヤモンドパウダー及びボディとなる主原料(樹脂や金属)とダイヤの結合剤を均一に混ぜ合わせた上で、成型・焼成・仕上げ(磨き)の工程が必要になります。

また、ダイヤモンドは硬度は高いのですが、熱に弱いという面もありますので、使用の際は水で冷却しながらであったり、連続運転時間の上限を設けるなどの対策が必要となります。

ダイヤモンドパウダーの種類

ダイヤモンドパウダーには大別して2種類あります。

単結晶ダイヤモンドパウダー
高温高圧条件下にて合成される人工ダイヤモンドを含有したダイヤモンドパウダーです。天然ダイヤモンドと同様に、劈開性(特定方向への割れやすさ)を有することが特徴です。
不純物が少なく、良好な親水性能をもっています。
多結晶ダイヤモンドパウダー
ナノサイズの微小ダイヤモンドが集合体となり、強固に結合した塊状構造をとります。単結晶のように劈開性がなく、無数の細かい刃を持つため、層状構造の試料に有効な研磨剤です。SiCやセラミックス、サファイアの研磨に使われています。

ダイヤモンドパウダーによるラッピング

ダイヤモンドパウダーは遊離砥粒(ラッピング)で用いられる場合が多いです。ここで遊離砥粒とは、工具(ラップとも言う)と試料の間に研磨剤を入れて擦り合せ、試料表面の凸部を微量に取り除きながら滑らかな表面を得る技術を指します。別の呼び方としてポリッシングともいいます。

ラッピングは大別して2種類の方法に分けられます。

湿式ラッピング
砥粒とラップ液を混ぜた研磨剤を使用する方法です。ラップ定盤上に砥粒とラップ液を混ぜたものを塗布します。その上に試料を押し付け、試料を移動させることで表面を削ります。仕上がりは梨地面となるため、粗仕上げに適したラッピングです。
乾式ラッピング
ラップ定盤の中に研磨剤を用いて砥粒を埋め込みます。この砥粒上面を試料がなぞることによって、ひっかき加工がなされ表面が削れていきます。また、埋め込まれた砥粒は加工とともに微細粉砕し、粉砕された砥粒が更に埋め込まれたり、一部の砥粒はラップ定盤上を転がりながら加工に左右します。湿式ラッピングと比較して研磨剤の使用量は少なくでき、仕上がりは光沢ある面となります。

ラッピングは一般的な砥石による加工と比較して、要求精度を実現しやすい=加工精度が高い特徴があります。しかし他の加工と比較して加工速度が遅いので、別工程にて粗仕上げを行った後にラッピングすることが多いです。