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.

---

Владимир Юрьевич Карасёв Неизвестный алмаз. «Артефакты» технологии

Предисловие автора

О самом известном и самом загадочном кристалле – кристалле природного алмаза к настоящему времени, казалось бы, известно многое: структура, и типы дефектов, и физико-химические свойства. И вроде бы вполне возможно прогнозировать его эффективное применение в различных областях человеческой деятельности. А учитывая уникальность его физических свойств, то и вообще эффективную реализацию для нужд человека многих революционных открытий в медицине, связи, микро– и оптоэлектронике, приборостроении, станкостроении и пр., пр., пр. Ведь недаром в середине XX века этот кристалл быль провозглашен самым перспективным материалом XXI века.

И вот XXI век наступил!

И что?!

Много ли мы видим революционных открытий, связанных с алмазом? Как-то изменил этот кристалл кардинально нашу жизнь или хотя бы проявились явные перспективы его широкого использования (кроме, как и раньше, абразивных порошков и ювелирных изделий)? К сожалению, только опять наметились очередные большие перспективы его применения, например в создании квантового компьютера. А возросшее качество и чувствительность современного научно-исследовательского оборудования открывают в экспериментах ученых новые свойства алмаза…

И складывается впечатление, что круг-то, похоже, замкнут. Опять что-то не так. Не открывает нам до конца алмаз (за последние пять тысяч лет, как свидетельствуют древние индийские рукописи) своих уникальных перспектив для их эффективной реализации. Не торопится он стать близким другом человека и предоставить ему свои сокровенные тайны.

Неожиданно для нас появились в мироздании темная энергия и темная материя. Вот никогда их не было, а тут – раз!., и появились! Хотя и сегодня толком никто не может сказать, что это такое, но это, оказывается, существует. И занимает это аж 96 % всего известного пространства (74 % – темная энергия, 22 % – темная материя), а остальные 4 % – барионная (наша) материя, а из нее 3,6 % – межзвездный газ и только 0,4 % – сами звезды.

Хоть и не сразу, но все-таки раскрутили Большой адронный коллайдер и наконец-то с восторгом сделали предположение, что открыли бозон Хиггса. Хотя и здесь толком никто не знает, что это такое и как это возможно эффективно использовать в народном хозяйстве. Даже теорию относительности почтительно подняли и, осторожненько, ласково поглаживая, начали относить в сторонку как не совсем актуальную в современном технологическом мире.

Зародилось многообразие новых и весьма интересных теорий и гипотез. Пересматриваются многие, казалось бы, незыблемые представления человека об окружающей действительности, о Природе, о нашей Вселенной, об Эфире. И Большой взрыв уже начал вызывать обоснованные сомнения. Да и галактики, похоже, не так уж оголтело и целенаправленно разлетаются, как представлялось…

Да и пора бы уже! Все-таки двадцать первый век на дворе…

И только алмаз, наш удивительный природный кристалл, как бы затих в сторонке и что-то выжидает. И это что-то, по всей видимости, связано с человеком. С его мировоззрением, с его зашоренностью, с его внутренним миром, широтой интересов и взглядов, с его верой и надеждой, с его любовью…

Название цикла работ «Неизвестный алмаз» продиктовано нашим открытием нового метода механического воздействия на этот кристалл, новой квантово-волновой технологией его обработки. Этот метод открыл ошеломляющие результаты нашего воздействия, перевернув все сложившиеся представления об этом кристалле.

Полученные экспериментальные данные как «артефакты» технологии еще ждут своего детального объяснения, заставляя усомниться в полноте существующей системы знаний об алмазе и попытаться по-новому ответить на этот, как оказалось, непростой вопрос: «А что же такое алмаз и что же мы своей волновой технологией с ним делаем?»

В этой книге приведены экспериментально полученные результаты воздействия на алмаз за последние двадцать лет. Именно столько времени прошло с момента открытия метода. Вся работа была проведена благодаря самоотверженной инициативе группы исследователей. Ни государство, ни Академия наук не участвовали в этой увлекательной эпопее. А учитывая сложность работы с драгоценными камнями в нашей стране и непростой доступ к современному научному оборудованию (Оже-спектроскопия, атомно-силовая микроскопия, молекулярно-лучевая эпитаксия и т. п.), можно представить, какие сложности пришлось преодолеть, чтобы создать новое уникальное обрабатывающее оборудование, развить технологию и получить эти удивительные экспериментальные результаты.

В книге приводится только описательная часть этих результатов и далеко не всех экспериментов. В отдельных случаях автор попытается дать какие-то свои пояснения и предположения. А в заключительной части книги он вообще проявит смелость и выскажет свое мнение, свою гипотезу о физических основах новой технологии воздействия.

Насколько эта гипотеза жизнеспособна – покажут новые достижения, новые результаты экспериментов. А ответ на вопрос: «Что такое алмаз и что же мы своей технологией с ним делаем?», по всей видимости, предоставит время. Ибо только оно может доказать правильность понимания великих законов Природы.

Б. Карасёв

Глава 1 Введение

О кристаллах алмаза написано много. Мы не будем повторяться. Читатель самостоятельно может найти в многообразии существующих публикаций необходимые ему факты, истории, свойства и сферы применения этого материала. Все эти публикации описывают алмаз как самое необыкновенное состояние материи в нашем мире. По совокупным свойствам алмаза с ним не может сравниться ни один из известных человеку материалов твердого тела.

До сих пор он хранит свою тайну происхождения – рождается ли алмаз в кимберлите (лампроите) или только выносится кимберлитовой (лампроитовой) магмой из глубины Земли. В нашей стране открыты алмазы новых генетических типов в самых необычных на первый взгляд геологических образованиях – ударно-метаморфогенные (импактные) идинамо-метаморфогенные (в метаморфических комплексах) [1]. Алмазы обнаружены и в метеоритах. А в космосе существуют бывшие уже потухшие звезды, целиком состоящие из алмаза. Кристаллизация алмазов в природе – процесс многогранный. Современный синтез алмаза есть всего-навсего имитация некоторых возможных природных вариантов процессов алмазообразования.

Обрабатывается алмаз в основном только механическим способом и только алмазом. Это единственный эффективный способ, удовлетворяющий критерию оптимальности воздействия. Этот критерий позволяет получать приемлемое качество обработки при оптимальных затратах. Экзотические и дорогостоящие методы воздействия на алмаз (термохимия, плазмохимия, лазерная абляция и др.) в данной работе не рассматриваются, как не актуальные.

В этой главе в очень общих чертах мы приводим основной принцип нашего квантово-волнового метода воздействия на кристаллы алмаза [2] и чем он отличается от традиционного метода обработки [3]. При этом по вполне понятным причинам мы вынуждены отойти от подробного описания применяемых ноу-хау [4] в режимах и алгоритмах воздействия на кристаллы алмаза.

1.1. Система воздействия

Система воздействия на алмаз представляет собой довольно сложный прибор, состоящий из элементов точной механики и системы с числовым программным управлением (ЧПУ), основы которого заложены в [5].

Этот малогабаритный настольный станок позволяет программировать обороты и частоту воздействия инструмента на алмаз; задавать давление инструмента на кристалл, время и алгоритм воздействия; измерять и контролировать: величину съема материала, токовые характеристики силовой части, уровень и характер заданных вибраций инструмента, температуру обрабатываемого алмаза и многие другие параметры.

Система имеет несколько задаваемых степеней свободы: позиционирование обрабатываемого кристалла по основным координатам X, Y, Z, гониометрическое устройство наклона и вращения кристалла по координатам θ и φ и самое главное, что отличает нашу систему от любого другого оборудования для обработки алмаза, – двухосевое движение инструмента по осям α и β. Именно это движение и формирует когерентные поля упругих деформаций в кристалле алмаза, создает квантовые волновые потоки с винтовым возмущением волнового фронта.

Используемое гониометрическое устройство крепления объекта делает возможным с высокой точностью формировать на алмазе поверхности, описываемые уравнениями второго порядка [6]: сферические, параболические, конусообразные.

1.2. Принцип воздействия

В традиционном методе обработки кристаллов алмаза в бриллианты [3] обрабатывающий инструмент (∅ ~3500 мм), шаржированный алмазным абразивом (зернистость абразива, как правило, составляет -10/7 мкм), вращается с определенной скоростью (~3500 об./мин.) вокруг своей оси. Движение зерен абразива вращающегося инструмента по обрабатываемой алмазной поверхности в данном случае можно представить как прямолинейное и равномерное. Величина линейной скорости движения этих зерен достаточна для образования микросколов на поверхности хрупкого алмаза, что и обеспечивает определенную производительность и качество процесса обработки.