Владимир Карасев - Неизвестный алмаз. «Артефакты» технологии

• Название: Неизвестный алмаз. «Артефакты» технологии
• Автор: Владимир Карасев
• Жанр: Физика
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-94836-405-6

В книге описываются результаты экспериментов по изучению оригинального квантово-волнового метода механического воздействия на кристаллы алмаза. Проведенные эксперименты открывают новые свойства и особенности этих кристаллов, находящихся в сильнонеравновесных условиях обработки. Показана принципиальная возможность возникновения необратимых сильнонеравновесных явлений в кристаллах алмаза при формировании в их объеме волновых потоков с винтовым возмущением волнового фронта. Взаимодействие этих волновых потоков в объеме алмаза приводит как к изменению дефектно-примесной структуры алмаза, снятию внутренних напряжений, так и к формированию морфологического рельефа поверхности кристалла без непосредственного касания всей его поверхности инструментом. Открытие этого метода воздействия на кристаллы алмаза – еще один шаг в создании технологий направленной модификации свойств алмаза, который является модельным объектом всей физики твердого тела. Описывается динамическая волновая среда, влияющая на получаемые результаты.

Книга предназначена для специалистов в области обработки алмазов, физики твердого тела, материаловедения, квантовой механики, а также для любознательных студентов и аспирантов.

---

В этом случае происходит не только изменение величины AV, но и существенное изменение характера волновой функции воздействия на кристалл алмаза активного инструмента. А это отражается, в свою очередь, на формируемом волновом поле алмаза.

Этот прием с учетом основного алгоритма воздействия и был реализован при получении молочного тумана опалесценции в объеме CVD кристалла. Красивый и элегантный приемчик, правда? И делается простым нажатием пальца по клавиатуре…

В общем случае процесс волнового воздействия можно представить следующим образом.

Систему возбуждения, основу которой составляет инструмент, можно рассмотреть как некую волновую функцию. Условиями формирования этой функции являются задаваемые (программируемые) параметры, такие как усилие прижима инструмента к кристаллу, определенные соотношения скоростей вращения а и ß, наклон кристалла, вращение алмаза при сохранении заданных пространственных координат инструмента и обрабатываемого кристалла и т. д. и т. п. Всего в процессе воздействия промышленный компьютер отслеживает 32 независимых друг от друга параметра.

Динамическая высокочастотная волновая среда, обладая своими начальными волновыми характеристиками, снимает внутренние напряжения в кристалле, делая его более совершенным, изменяет дефектно-примесную структуру системы, трансформирует форму алмаза, тем самым формируя условия для изменения параметров своей изначальной функции на функцию с другими характеристиками.

Переходя в область еще более высокочастотных характеристик и увеличивая степень когерентности системы кристалла, динамическая волновая среда влияет также на «шубу», трансформация которой опять создает условия для нового производства энтропии. Со временем вся динамическая система алмаза приходит в некое равновесное состояние. Это достигнутое равновесное состояние системы не меняется в процессе дальнейшей обработки при условии постоянства алгоритма возбуждения. После снятия воздействия кристалл алмаза, перейдя на новый уровень своей энтропии, сохраняет свои вновь приобретенные характеристики и свойства. Чтобы изменить достигнутые характеристики и свойства алмаза, необходимо изменить применяемый в дальнейшем алгоритм воздействия.

Как правило, «артефакты» технологии происходят неожиданно и в случаях, казалось бы, совершенно тривиальных. Что влияет на их неожиданное проявление – пока не совсем ясно. Может быть, применяемые алгоритмы, может быть структура кристалла, а может быть все вкупе.

При обработке синтетического кристалла алмаза массой 1,78 карат был выявлен факт, который даже в дружной семье «артефактов» занял особое положение. Была поставлена задача: сформировать параболоид на нижней части кристалла (рис. 2.15). Место касания инструмента (я) видно на нижней усеченной пирамиде в районе затравки.

В процессе пятиминутного воздействия на кристалле явно стали формироваться и полироваться т. н. желобки на всех ребрах нижнего октаэдра (рис. 2.156), даже на тех ребрах, которые имели сколы. По нашему мнению, этот факт (замеченный ранее и на других кристаллах, рис. 2.13) означал начало трансформации всего кристалла алмаза.

Противоположная часть кристалла находилась в оправке, залитая специальным цементом, разработанным бельгийской фирмой «Беттонвиль» для крепления алмазов при обдирке рундиста (ободка будущего бриллианта). Температура плавления клея -150 °C.

После пяти минут воздействия процесс обработки кристалла был прекращен. Алмаз выклеен из оправки и очищен от следов цемента. Два ребра верхней пирамиды кристалла были явно «растравлены» (рис. 2.16в). Одно ребро «пострадало» больше другого. Противоположные «растравленным» ребра октаэдра остались без особых видимых изменений.

Рис. 2.15. Синтетический алмаз: начало формирования параболоида (а); образование «желобков» на ребрах (б)

Рис. 2.16. Растравленные ребра алмаза (в)

Травление алмаза в потоке кислорода – факт известный. Но в нашем случае предполагать нагрев залитого цементом алмаза до 800 °C и его взаимодействие с кислородом окружающего воздуха – не сильно оптимистичная идея, тем более что нагрев кристалла отсутствовал. По показаниям электронного термометра температура алмаза в процессе обработки составляла -23,5 С.

Вполне очевидно, что подобные изменения в алмазе (рис. 2.17) могли произойти только из-за протекания волновых процессов в его объеме и на его поверхности, стимулированных определенным алгоритмом воздействия.

Кстати произошло и снятие внутренних напряжений в кристалле. Снимок сделан в поляризованном свете в скрещенных поляризаторах (рис. 2.18).

Рис. 2.17. Растравленное ребро алмаза (в)

Рис. 2.18. Кристалл алмаза в поляризованном свете: до воздействия (я); после воздействия (6)

В процессе разработки технологии воздействия на алмаз вполне естественно возник вопрос максимальной производительности установки при огранке алмаза в бриллиант по сравнению с существующей ручной обработкой. В алмазообработке вопрос производительности огранки является весьма непростым. Кристаллы алмаза различны по своим характеристикам, различна квалификация огранщика и т. п. Тем более некорректно сравнивать станок с ЧПУ и квалифицированного огранщика. Но задача поставлена, и мы приступили к исполнению. Была выбрана заготовка для огранки бриллианта диаметром – 2 мм. На ней за Определенное время необходимо было поставить восемь граней низа бриллианта в полном автоматическом режиме.

В то время наши понятия о скорости обработки алмаза не сильно отличались от традиционных (общепринятых) понятий. Больше давление, больше обороты двигателя – больше съем материала. Так нам казалось. Поэтому при написании программного обеспечения этим параметрам было уделено особое внимание. Такого давления, таких оборотов α и ß в дальнейшем мы никогда не использовали.

Давление ~1,2– 106 Па, α~ 9500 об./мин. и ß ~ 50 Гц. Обычно применяемые нами современные параметры обработки во много раз меньше. Но тогда очень хотелось произвести эффект.

На заготовке алмаза, предоставленного для эксперимента, у самой вершины кристалла изначально была маленькая еле заметная трещинка. В традиционной обработке алмазов в бриллианты, учитывая сопутствующие температуру, давление и деформации, непременно произошел бы скол этой вершинки. В нашем случае, как ожидалось, вершину можно было сохранить, что и являлось бы показателем «нежности» нашего воздействия.

Начался процесс огранки в полностью автоматическом режиме. При контакте работающего инструмента и алмаза во время выполнения программы обработки кристалл начал очень интенсивно светиться ярким золотистым светом. Такого яркого свечения мы в дальнейших работах никогда не наблюдали. Через 18 минут процесс закончился, и система воздействия (станок с ЧПУ) автоматически вышла в исходное состояние.

Качество огранки оказалось весьма приемлемым: полированные плоскости, трещинка и вершина кристалла сохранились, шип будущего низа бриллианта был на высоком уровне, т. е. сошелся в точку. Производительность нашей системы (по времени) оказалась на уровне огранщика средней квалификации. Работа сделана. Но почему-то захотелось ее еще раз повторить…

Было принято решение немного выдвинуть алмаз из удерживающей цанги, развернуть его ребром к инструменту и второй раз провести процедуру. На первую систему из восьми граней наложить со сдвигом на ребра вторую аналогичную систему. Что и было сделано незамедлительно.

Рис. 2.19. Схема ограненного кристалла

На рис. 2.19 приведена схема обработанного кристалла после первой огранки. На вершине схематично показана маленькая, еле заметная трещинка.

При второй обработке алмаз вел себя аналогично (программное обеспечение процесса не менялось). Вспыхнуло золотистое сияние. Весь процесс занял 18 минут. Но когда его сняли с установки и поместили под оптический микроскоп…

Мы впервые наблюдали изогнутый кристалл. С одной стороны полукруглые выпуклые ребра, с другой – ребра вогнутые. Небольшая, но хорошо наблюдаемая «изогнутость» алмаза. А на шести обработанных гранях очень хорошо просматривались в микроскоп «пупырышки». Причем размер этих «пупырышек» постепенно уменьшался от первой грани начального касания инструмента до шестой. А на двух последних (седьмой и восьмой) гранях этих «пупырышек» почему-то вообще не было! Такого мы больше никогда не видели и очень жалели, что в тот момент у нас в наличии не было системы регистрации изображений.