ダイヤモンドの育成
「ダイヤモンドはただの古い炭素だ」。 確かにダイヤモンドはグラファイトと同様、純粋な炭素の異性体である。 だから人類は、人工ダイヤモンドを作る方法を見つける探求をあきらめなかった。 157年後、炭素からダイヤモンドへの変換を成功させる最も重要な要因は、触媒（カタリスト）の使用であることが判明した。
ダイヤモンド教室
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ダイヤモンドにはどのような種類があり、どのように作られるのですか？ 何を選ぶべきか？
ダイヤモンドはどのようにして生まれるのか？ 天然ダイヤモンドは火山、プレート運動、隕石によって形成されるが、人工ダイヤモンドはどのようにして生まれるのだろうか？ Honwayにお任せください！
4C+F ? 初心者のためのダイヤモンド・プレーヤー・ガイド
私たちが知っているダイヤモンド 五大貴石の筆頭であるダイヤモンドは、純潔、忠実、永遠の輝きを象徴し、愛の最高のシンボルである。 ダイヤモンドの指輪は、結婚の最も重要な証となっている。 また、ダイヤモンドの価値は毎年5～10％以上着実に上昇しており、誰もが憧れる贅沢品となっている。 しかし、貴重なものであるダイヤモンドを購入する場合、人々は慎重になるのが普通であり、購入する前にあちこちで買い物をするものである。 しかし、購入するダイヤモンドの品質を判断する方法を本当にご存知ですか？ ダイヤモンドのグレーディング ご存知のように、ダイヤモンドの国際的に認められた鑑定システムは、カラット(Carat)、クラリティ(Clarity)、カラー(Color)、カット(Cut)の「4C」に基づいています。消費者がダイヤモンドの4Cをよく理解している限り、損をしたり騙されたりする可能性は低くなります。 ダイヤモンドの4Cはどのように決まるのですか？ 次のことを学べば、あなたもダイヤモンドのエキスパートになれる。 Caratカラットとはダイヤモンドの重さの単位 ダイヤモンドの重さを表す国際単位は「カラット」で、一般的には「ct」と略されます。 カラットはダイヤモンドの4Cの一つです。 ダイヤモンドのカラット重量は、4Cの中で最も簡単に測定できる特徴であり、ダイヤモンドの魅力に相当します。 重ければ重いほど、ダイヤモンドの価値は高くなります。 ジュエリーの場合、華やかな光学効果を得るためには、ダイヤモンドはある程度の大きさと重さが必要です。 小粒のダイヤモンドは、小さすぎて十分なブリリアンスを発揮できず、その集合体としての効果が得られないため、グループセッティングされることが多い。 一般的に、ダイヤモンドのブリリアンスを引き出すにはカラット数が30ポイント以上、ダイヤモンドのファイア効果を十分に引き出すにはカラット数が70ポイント以上のダイヤモンドが必要とされています。 したがって、カラットはダイヤモンドの美しい光学的効果の基本なのです。 カットや研磨の工程におけるダイヤモンドの通常の磨耗率は約50％～75％であり、ダイヤモンドの歩留まりは50％～25％に過ぎない。 ダイヤモンド資源の希少性、大粒ダイヤモンドの相対的な生産量の少なさ、生産工程での歩留まりの低さから、大粒ダイヤモンドの価値は必然的に高くなります。 1カラットは何グラムで、1カラットは何ポイントに相当するか？ 1カラットは何グラムですか？ 現在の標準は1カラット＝200ミリグラム＝0.2グラムで、1カラットは0.2グラムに相当します。 また、1カラット未満のダイヤモンドは、通常「pt」と略される「ポイント」で測定されます。1カラット＝100ポイント、0.75カラットは75ポイントとも呼ばれます。 「カラットプレミアム」現象 ダイヤモンドのグレードが高ければ高いほど、重量が価格に与える影響は大きくなります。 これは、特に重要な重量のダイヤモンドに当てはまります。 カラー、クラリティ、カットなど、他の条件が同じであれば、ダイヤモンドの価値は重量が増すにつれて幾何学的に増加します。 ダイヤモンドの価格＝カラットの2乗×カラットの基準価格。 整数ポイントの価格には「カラットプレミアム」があり、たとえ1ポイントの差であっても、99ポイントと1ctのダイヤモンドの価格には大きな差がある。 ダイヤモンドの重さの鑑定基準 ダイヤモンドの世界での慣例的な分類によると、0.05ct以下がラフダイヤモンド、0.05ct～0.22ctがスモールダイヤモンド、0.23ct～1ctがミディアムダイヤモンド、1ct以上がラージダイヤモンド、10.8ct～50ctがエクストララージダイヤモンド、50ct以上が登録ダイヤモンドとなる。 一般的に、世界で最も有名なダイヤモンドの歴史に名を連ねることができるのは、カラーが希少であるなどの例外がなければ、100ctを超える巨大なダイヤモンドに限られます。 0.2カラット未満のダイヤモンドは国家基準では鑑定されないが、0.2カラット以上1カラット未満のダイヤモンドは、ルース・ダイヤモンドまたはインレイダイヤモンドとして鑑定され、1カラット以上のダイヤモンドは、ルース・ダイヤモンドの鑑定基準の4Cに従って詳細に鑑定されなければならない。 COLOURカラーはダイヤモンドが本来持っている美しさ ダイヤモンドは光を色とりどりのスペクトルに分解し、この光を反射して、まるで色眼鏡を通したように、色とりどりの輝きを放ちます。 ダイヤモンドの色がフィルターの役割を果たし、反射光の波及を抑えます。 ダイヤモンドの色が明るいほど、フラッシュの色は強くなり、カラーグレードも高くなります。 ダイヤモンドの色は、無色の範囲と有色の範囲の2つに大別されます。 一般的な無色の範囲には、無色透明、無色に近いもの、ライトイエローが含まれ、有色の範囲には、ダークイエロー、ブルー、ピンク、ブラックが含まれます。 ダイヤモンドのカラースケールは、GIAのカラーグレーディングスケールに基づいており、「D」（無色透明、ダイヤモンドDiamondの頭文字から始まる）から「Z」（黄褐色）まであります。 ファンシーカラーダイヤモンドは非常に希少で高価なため、通常のカラーグレーディングシステムは適用されません。 カラーグレードD、E、Fは無色透明とも呼ばれ、極めて稀であるため、その区別は専門家が行わなければならない。 より一般的な色はG～Jで、無色に近い色とも呼ばれ、専門家にとっては区別しやすく、一般の人々にとっては、それぞれの色の解像度に応じて区別しやすい。 K以下の色はシャンパンとも呼ばれ、区別しやすく、価格も安い。 アメリカ宝石学会 (GIA) GIAはダイヤモンドの4Cグレーディング・システムの創始者であり、世界中の鑑定士が参考にしています。 CUTカットがダイヤモンドの輝きを決める ダイヤモンドのカット（丸み、深さ、幅、ファセットの均一性）は、ダイヤモンドの輝きを決定します。 多くの宝石鑑定家は、ダイヤモンドのカットがダイヤモンドの最も重要な特徴であると考えています。 ダイヤモンドが完璧なカラーとクラリティを持っていたとしても、カットが不十分であれば、ダイヤモンドの輝きを奪ってしまうからです。 EX理想的なカット：最高品質のダイヤモンドのわずか3％しか達成できない基準。 このカットは、ダイヤモンドに入る光のほとんどすべてを反射させます。 …
ダイヤモンドとその模造品の鑑別特徴
宝石 (Gem) モース硬度 (Hardness) 比重 (Specific Gravity) 屈折率 (Refractive Index) 反射率 (Reflectivity) 再屈折率または均質性 (Double Refraction) 色分散 (Dispersion) 合成ルチル (Synthetic Rutil) 6.5 4.25 2.76 19.75 0.287 0.330 合成モアッサナイト (Synthetic Moissanite) 9.25 3.22 2.67 20.67 Strained 0.104 ニオブ酸リチウム (Lithium Niobate) 5.5 4.64 2.55 14.87 0.090 0.130 ダイヤモンド (Diamond) 10 3.52 2.417 17.21 0.00 0.044 チタン酸ストロンチウム (Strontium Titanate) …
ダイヤモンド合成法 – 高温高圧
現在、世界で最も普及している高温高圧ダイヤモンド合成装置には、2面トップ（ベルト、主に欧米で普及している）、6面トップ（中国本土独自のもの）、スプリットスフィア（barsplitsphere、ロシア）または改良型スプリットスフィア（Gemesis）がある。 1954年のクリスマス直前、ゼネラル・エレクトリック社によって、7万気圧、摂氏1600度の高温で (High Pressure and High Temperature, HPHT) 、グラファイトをダイヤモンドに変える人工ダイヤモンドが初めて合成された。 しかし、このダイヤモンドは非常に小さく、わずか0.15mmしかない。 高温高圧合成法は、種晶触媒法としても知られている。 グラファイトは低圧安定相であり、ダイヤモンド（ダイヤモンドの鉱物学的名称）は高圧安定相である。 グラファイトからダイヤモンドへの直接変換には、通常10GPa以上、3000℃以上の高い圧力と温度条件が必要である。 金属触媒（Fe、Ni、Mn、Coおよびそれらの合金など）が存在すると、グラファイトからダイヤモンドへの変換に必要な温度と圧力が大幅に低減されるため、現在、高温高圧でのダイヤモンド合成に金属触媒が使用されている。 溶媒として使用される金属触媒は、炭素源（通常はグラファイト）とダイヤモンド種結晶の間に位置する。 炭素源は高温端に、種結晶は低温端にあり、炭素源の溶解度は高温端の方が低温端より大きいため、温度差による溶解度の差が炭素源の高温端から低温端への拡散の駆動力となり、炭素源は徐々に種結晶に析出し、ダイヤモンド結晶は徐々に成長する。 結晶成長の原動力が温度差であることから、この方法は温度差法とも呼ばれる。 HTHPの合成ダイヤモンドは、立方体、八面体、またはその両方の組み合わせであることが多く、色は黄色か黄褐色で、その中にカラーバンドと金属インクルージョンが一般的に見られます。未融合の金属インクルージョンは、針状、薄片状、小柱状、または不規則な外観で、金属光沢があり、合成ダイヤモンドに磁性を与えます。
気相合成によるダイヤモンド単結晶
1994年、GEのThomas R. Anthonyらは、気相堆積法（CVD）で成長させた多結晶ダイヤモンドの垂直アスペクト（100）を、より高い速度で成長させることができるとして、米国特許5,437,891を出願した（1995年発行）。 特に、反応ガス流（例えば98％水素＋1％メタン）に少量（例えば1％）の空気（78％窒素、21％酸素、1％アルゴン）を添加すると、成長速度が向上する。 1996年、Anthonyらは、CVDで成長させた多結晶ダイヤモンド膜を高圧（3Kb以上）・高温（1300℃など）で処理し、欠陥を減らす方法を発明した（米国特許5,672,395、1997年発行）。 2004年、ロバート・H・フルショアは同様の米国特許6,811,610を出願したが、これは熱処理用の単結晶ダイヤモンド膜に関するものであった。 2004年、Suresh S. Vagaraliらは、高圧・高温によるカラーダイヤモンド単結晶の無色化に関する米国特許6,692,714を取得した。 台湾の中央研究院のアカデミシャン（米国と中国の科学アカデミーのメンバーでもある）、毛和光とラッセル・ヘムリーは、米国のカーネギー・インスティテュート・オブ・ワシントン（CIW）の地球物理学研究所の科学者であり、1998年、台湾の顔志學は、彼らの資金提供によるプロジェクトでCVDによるダイヤモンド単結晶の研究を行った。 気相堆積法では、天然ダイヤモンドまたは人工ダイヤモンドの単結晶を結晶種として用い、その上にエピタキシャル結晶を成長させる。 成長速度を速めるために、結晶の温度をかなり上げるだけでなく、メタンの含有量を適度に増やし、窒素と酸素をガスに加えることで、窒素を含むイエローダイヤモンドを1時間当たり15ミクロン（μm）以上の速度で成長させることができる。 2002年にHemleyらによって出願された米国特許6,858,078の実施例1によると、CVDは、圧力160torr、ガス組成3％N2：97％CH4：12％CH4：88％H2で、熱源としてマイクロ波プラズマを使用する。 ガス流量は1.8 sccm N2、60 sccm CH4、500 sccm H2。 成長中のダイヤモンド結晶の大きさは3.5×3.5×1.6mm3で、その裏面は(100)である。 ダイヤモンドが成長する温度は1220℃±10℃である。 成長12時間後のサイズは4.2×4.2×2.3mm3で、計算上の成長速度は毎時58μmである。 顏志學は2005年に10カラットのダイヤモンドを成長させ、CVD合成ダイヤモンドの金字塔を打ち立てた。 このダイヤモンドを育てるのにかかった費用はわずか5,000米ドルと言われており、同じ重さの天然ダイヤモンドの5％の価値しかない。 CVDで成長させたダイヤモンドは、内部は緻密ではないが、CIW CVDで成長させたダイヤモンドの硬度は、高圧（6GPa）と高温（ほぼ2000℃）で10分間処理すると著しく上昇し、硬化したダイヤモンドの硬度は、天然ダイヤモンドの硬度を上回ることさえある。 しかし、CVDダイヤモンド膜の特性（透明性など）を向上させるための高圧熱処理の使用に関する米国特許（米国特許6,811,610、2002年出願、2004年発行）は、ロバート・H・フルショウール氏が所有している。 フルショアは1970年代にGEスペシャリティ・マテリアルズ部門（旧GEスーパーアブラシブ）のマネージャーを務めた。 その後、彼はGTEのヴァレナイト社でヴァルディアマントを設立し、PCDの顧客獲得でGEに対抗したが、後にGEはプレス機を買い取り、フルショアは高圧技術を販売するためにフェニックス・クリスタルを設立した。 GEスーパーアブラシブは2003年にリトルジョンに売却された。 そのころには、GEの ” 守旧派 ” は散り散りになっており、技術移転の中断を避けるために、ダイヤモンド・イノベーションズは、かつての ” 反乱分子 ” であったフルショーをコンサルタントとして雇った。 さらに、GEスーパーアブレーシブは、韓国のイルジン・ダイヤモンドと中国のアジアン・ダイヤモンドに対する宋建民の技術サポートの人気上昇にも大きく貢献している。 2004年以来、ダイヤモンド・イノベーションズは、高圧合成プロセスの改良のため、宋健民からも技術支援を受けている。 顏志學は、日本のセキ社製のASTeX AX5250でダイヤモンドを育てている。 マシンのパワーは5Kw、マイクロ波の周波数は2.45GHzである。 イエローダイヤモンドは、1時間あたり15ミクロンまたは1/3カラットの割合で産出される。 無色透明なダイヤモンドを成長させる場合、速度は5ミクロン以下に低下する。 しかし、成長の過程で、(111)ファセットの小さなピラミッドが(100)側に積み重なり、成長速度を低下させるため、しばしば成長を中断し、ダイヤモンドを取り出して研磨し、再び戻して厚みを増す。 5Kwで最大100cm2の万能生育エリア。 単結晶ダイヤモンドの温度は約1200℃であるため、100kWh（100KwH）あたり最大3ccの効率で成長させることができる。これは、より低い温度（900℃）で多結晶ダイヤモンド膜を成長させる従来のCVDよりも10倍高い。 それに比べ、気相堆積するダイヤモンドの直接コストは、1時間あたり約10ドル、1カラットあたり約100ドルである。 気相堆積法（CVD）は、グラファイト安定化ゾーンでメソ安定ダイヤモンドを成長させるものであるため、ダイヤモンド結合（sp3）を保護する水素分子を解離させるために大量のエネルギーを必要とする。 それでも、気体分子は液体の1000倍近くも薄いため、ダイヤモンドの成長速度を上げるのは難しい。 CVDは二次元成長技術であるという事実と相まって、宝石品質のダイヤモンドの大量生産に価値があるためには広い領域に堆積する必要があり、気相堆積法を引き続き使用する必要があります。 CVDダイヤモンドエピタキシーは、将来の半導体薄膜作製に有効な方法である。 …
天然ダイヤモンドの形成
天然ダイヤモンドは130キロメートル以上の深さから産出される。ユニークな立方晶の結晶構造を持つ。ダイヤモンドの各炭素原子は、他の4つの炭素原子と強固に結合しており、世界で最も硬い天然物質として知られている。 ダイヤモンドはどのように形成されるのでしょうか？ 知ってみましょう
ダイヤモンド合成法 – 化学気相堆積法
化学気相堆積法でダイヤモンドを作るには？ 化学気相堆積法（CVD）は、純粋で効率的な固体材料を製造する。 コア」となる小さなダイヤモンドを真空中に置いて不純物を取り除き、摂氏3000度の高温ガス（メタンと水素）を注入すると、メタンが割れて電荷を帯びたイオンが形成され、メタンの割れ目から炭素原子が放出される。炭素イオンはダイヤモンドの表面に堆積し、配置された構造を複製し、毎時0.006cmの速度で成長し続け、数日で1カラットのダイヤモンドを得ることができる。 CVDプロセスはダイヤモンドの発見にも利用でき、ダイヤモンドの収量と用途を効果的に増やすことができる。 プロセスガス CVDダイヤモンド膜に使用されるプロセスガスのほとんどは、メタン、水素、アルゴンを特定の割合で混合したものである。 最も一般的に使用されるガスは、1%のメタンと99%の水素の混合ガスであり、アルゴンは希釈ガスとして一般的に使用される。 一般的な基板 気体堆積法の一般的な基板として、シリコン、金属、金属化合物などがある。前駆体蒸気が基板と接触すると、基板に付着した合成したい物質を生成するために、堆積、分解、その他の反応など、さまざまな変化が起こる可能性がある。 化学気相堆積法（CVD）の利点 初期設備コストの低減 より高いカラット数のダイヤモンドの育成 より高いクラリティを持つ育成されたダイヤモンド 育成されたダイヤモンドには金属インクルージョンがない。 CVDの最大の利点は、様々な基板上に成膜できることであり、成長条件も高温高圧法ほど厳しくないため、ダイヤモンドの完成品への応用に適している。 さらに、さまざまなダイヤモンドをさまざまなパラメータで成長させることができ、ミクロンダイヤモンド、ナノダイヤモンド、ウルトラナノダイヤモンドなど、大きさの違いによって分類することができます。
ダイヤモンド合成法 – 爆発
ダイヤモンド合成法 ダイヤモンドは、気相法（PVDやCVDなど）、液相法（静水圧法、触媒法、CVD液相法など）、固相法によって合成することができる。 固相法とは、流体のない物質中でダイヤモンドを合成する方法である。 固相状態の炭素原子は、流体中を拡散してダイヤモンドの構造を再構成することができず、触媒作用なしに直接ダイヤモンドに変換されなければならない。この相転移は、原子が分解・再編成される再構成型の相転移とは大きく異なる、置換型の相転移である。原子が拡散したり再結合したりする必要がないため、変位相変化は非常に速く起こる。 合成時間が短いため、静圧下での容量性放電や、爆発物から発生する高電圧と高温の短時間のバーストによって、瞬時（数マイクロ秒）に合成することができる。前者は高圧室の容積に制限があり、実用的でないため、工業用ダイヤモンドパウダーは爆発によって大量生産される。 爆発方法の種類 高圧を発生する火薬を原料として直接合成する方法と、衝撃波による高圧を利用して黒鉛をダイヤモンドに変換する方法がある。爆薬が爆発してガス化すると、残った炭素や他の元素の原子が互いに衝突し、ナノメートル単位（3～10nm）のスラグ（爆轟煤）を形成する。このスラグにはダイヤモンドライクカーボン（DLC）が含まれている。このプロセスはPVD法と似ている。 前者は、大量の炭素原子がガス爆発によって互いにぶつかり合い、ナノ粒子を形成するプロセスであり、後者は、気化した炭素イオンが電界によって基板に連続的にぶつかり、ナノ粒子の組み合わせの薄膜を形成するプロセスである。 爆発物の合成 爆薬法に使用される爆薬は、炭素が多く、酸素やその他の不純物が少ないものでなければならない（TNT、RDX、HMXなど）。酸素のない密閉室内でこの種の爆薬を爆発させると、残留炭素は瞬時に圧縮されてスラグとなり、これは不純物や欠陥を多く（約10％）含むダイヤモンド状の炭素である。粒子が極めて小さいため（例えば411m）。 比表面積が極めて高い（例えば300 M2 / g）ため、不純物を多量に吸着する。 比表面積が極めて大きい（例えば300 M2 / g）ため、不純物を多量に吸着する。 爆薬の爆発後のダイヤモンドへの変換率が低く、ナノダイヤモンドの洗浄とグレーディングのコストが高いため、この製品は、精密研磨、エンジンピストン表面の硬化、PVDD/CVDD結晶化などの特定の用途にのみ使用されている。 価格が高いため（例えば3カラット）、現在市場ではあまり需要がない。 超音速衝撃波 もうひとつの爆発方法は、間接的に超音速の衝撃波をグラファイトに当て、グラファイトを瞬時にミクロンサイズのダイヤモンドに変えるというものだ。この衝撃合成法は、1960年に爆薬を製造しているアメリカのデュポン社が実験に成功し、1970年代から量産されるようになった。グラファイトは銅粉（92％、1mm）と混合され、静水圧プレス（CIP）によって長さ約5メートルの丸棒にされる。丸棒は真空バリアを含む鋼管で密閉されている。爆発に先立ち、数本の鋼管が一括して坑内に置かれ、その周囲に数トンの爆薬が充填された。 爆薬に一端から点火すると、起爆によって鋼管は一瞬のうちに一端から他端まで圧迫され、衝撃波が通過する際に鋼管内の黒鉛は短時間で約20万気圧まで加圧され、摂氏1000度以上に加熱される。非常に高い圧力のため、ダイヤモンドが大量に核生成し、数マイクロ秒以内にグラファイトの一部が約1～20ナノメートルのダイヤモンド微結晶（数千～数百万個の原子を含む）に変化する。これらの微結晶が結合して、ミクロンサイズのダイヤモンド・ダストが形成される。 こうして一度に数キログラムのダイヤモンド・パウダーを作ることができる。 衝撃波の通過後、圧力は急激に低下する。温度が高いままだと、ダイヤモンドはすぐにアモルファスカーボンスラグになってしまう。 グラファイトにはヒートシンクとして多数の銅粒子が混合されているため、得られたダイヤモンドパウダーは急速に急冷され、炭化を避けることができる。このダイヤモンドマイクロパウダーは、金属を溶解するために何度も酸洗浄にかけられ、その後、グラファイトは400℃でPbOで酸化される。その後、製品は洗浄され、マイポレックスのブランド名で製品を生産するために等級付けされる。 原料の衝撃波合成法はまず冷間静水圧処理をしなければならないので、密度が高い。 もし気孔が多ければ、衝撃波の圧縮圧力は十分ではなく、温度は高すぎて、ダイヤモンドの安定領域に達することができないので、ダイヤモンドを合成するのは難しい。マイポレックス・ダイヤモンドは、欠陥の多い多結晶体です。 そのため、同じ粒径を砕いて研磨した単結晶に比べて比表面積が約3倍と大きく、不純物を多く吸着する可能性があります。 しかし、単結晶ダイヤモンドによく見られる鋭い角がなく、ジャガイモのような形状をしているため、研磨時に基板を傷つけることはありません。硬いワークと柔らかいワークを交互に研磨しても、水溜りが発生しません。 特に、多結晶マイクロパウダーを徐々に崩壊させることができ、切削点での接触面積を減少させることができる。 この自己研磨特性により、研磨力は低下するが、研磨レートは向上する。 このように多結晶粉末は、大粒径研磨の効率と小粒径研磨の品質を兼ね備えている。 ダイヤモンドに直接変換されるグラファイト構造は、六方晶（Hexagonal）または菱形晶（Rho-mbohedral）でなければ機能しない。前者はAAAに分類され、六方晶ダイヤモンド（ロンズダライト）に変換することができ、後者はABCに分類され、立方晶ダイヤモンドに形成することができる。黒鉛の大部分はABAに分別されるため、直接ダイヤモンドに変換することはできない。 しかし、少量（10％）の菱形黒鉛も含まれている。衝撃波合成法で製造されるダイヤモンドの変換率が低いのは、菱形黒鉛の量によって制限されるからである。 転化率の低さと、マイクロパウダーの複雑な酸洗いとグレーディングのため、爆砕法で製造されるダイヤモンドのコストは高く、一般に、粉砕して粉砕した単結晶ダイヤモンドマイクロパウダーのコストの4倍以上である。そのため、爆砕法で作られた多結晶ダイヤモンドは、被加工物に傷をつけることなく高速で研磨することができるが、現在のところ、ハードディスクのパターンを削り出したり、磁気ヘッドの表面を平滑にしたりするような精密研磨や、宝石やウェハーなどの高額研磨にしか使用されていない。 世界の年間消費量は約1トン、生産額は約1,000万ドルである。
