Читать книгу "Неизвестный алмаз. "Артефакты" технологии - Владимир Карасев"

Известно, что кристаллы алмаза обладают анизотропией физических характеристик. Например, анизотропия механических свойств этого упругого тела (мягкие и твердые направления обработки) позволяет рассматривать алмаз как некий нелинейный элемент при протекании в нем волнового процесса упругих деформаций. Вследствие этого при нашей обработке материала в его объеме происходит резкое умножение частоты формируемого флуктуирующего волнового поля алмаза.

Это умножение частоты происходит за счет вклада в волновой процесс определенного вида гармоник высокого порядка, кратных основной частоте возбуждения, задаваемой алгоритмом. Это свойство алмаза расширяет возможности изменения его дефектно-примесной структуры, а также повышает эффективность формирования поверхностных и объемных диссипативных структур при использовании квантово-волновой технологии.

Важную роль при формировании динамической волновой среды и протекании волнового процесса в целом оказывает и форма обрабатываемого кристалла. Это вполне очевидно, т. к. бегущие когерентные волны отражаются в объем от внутренних поверхностей алмаза. Эффект формы алмаза может формировать и влиять на определенные свойства динамической волновой среды. Наблюдается также и влияние высокочастотной динамической волновой среды на конфигурацию определенных форм кристалла. Связь взаимная. В этом случае не исключена возможность в поверхностной области алмаза значительной локальной концентрации волновой энергии и, как следствие, трансформации (изменения) формы кристалла. В отдельных случаях нами наблюдался локальный выброс в атмосферу материи алмаза при нормальных условиях на тех участках поверхности кристалла, которые не подвергались воздействию инструмента («шуба» отсутствовала).

На рис. 2.12а приведено изображение пластины из синтетического алмаза. В центре видна затравка. Также наблюдается типичная картина внутренних напряжений в полном соответствии с кристаллографией кристалла. Светлые области вокруг места расположения затравки вызваны внутренними напряжениями по причине высокой скорости роста кристалла в начальный период синтеза. На рис. 2.12б приведено изображение бокового ребра пластины.

Рис. 2.12. Пластина синтетического алмаза (а), ребро пластины (б)

Рис. 2.13. Пластина синтетического алмаза (a) и трансформированное ребро после воздействия (б)

Эта пластина была обработана по сложному алгоритму. Суть алгоритма обработки заключалась в следующем. После воздействия первого алгоритма на поверхность пластины следующий более высокочастотный алгоритм задавался таким образом, чтобы сохранялась кратность фаз накладываемых волновых функций. Для каждой поверхности пластины сложный алгоритм включал пять простых алгоритмов, синхронизированных по этому принципу (принципу кратности фаз). Верхняя и нижняя плоскости подвергались одинаковому воздействию. Волновое возбуждение кристалла Но обеим плоскостям было проведено в одних и тех же условиях. На рис. 2.13 приведено изображение пластины после волнового воздействия.

Сравнение рис. 2.12 и 2.13 показывает произошедшие изменения в алмазной пластине. В данном случае нас интересует трансформация боковых ребер алмаза и образование неких «желобков» на каждом ребре. По всей видимости, характер протекания волновых процессов в алмазной пластине был дополнительно обусловлен формой кристалла и созданием «шубы» на обеих поверхностях.

Динамическая волновая среда находилась как бы между обкладками «конденсатора», где роль обкладок играла «шуба». В этом случае концентрация высокочастотной волновой энергии особо проявилась на ребрах. Общий характер изменения внутреннего состояния пластины хорошо наблюдается в поляризованном свете (рис. 2.14).

Подобный сложный алгоритм обработки больше не применялся нами для обьиной полировки плоскопараллельных пластин. Только один раз в последующих экспериментах был применен подобный режим обработки для синтетических пластин алмаза, выращенных методом CVD (Chemical vapor deposition – химическая кристаллизация алмаза (кристаллизация из газовой фазы)). И в этот раз волновые процессы проявили себя по-другому.

Нами были обработаны три калиброванные пластины, выращенные методом CVD, с обеих сторон вышеописанным сложным алгоритмом. В результате воздействия толщины пластин изменились. Две пластины увеличились в толщине на ~60 мкм, а третья пластина стала толще на ~75 мкм. При этом общая масса пластин осталась неизменной.

Рис. 2.14. Обработанная пластина в поляризованном свете

Тщательные измерения четырех сторон пластин показали, что увеличение толщины привело куменьшению их габаритов. Пластины представляли собой калиброванную квадратную конфигурацию, т. е. длина пластины строго равнялась ее ширине. Объем пластин при этом остался неизменным.

На последней пластине, увеличившейся в толщине на ~ 7 5 мкм, в центре ее объема наблюдалась белая полупрозрачная, словно туман, область – рассеяние света на флуктуациях плотности. Такое явление называется опалесценция [16]. При критической опалесценции свет очень плохо проходит через вещество, рассеиваясь во все стороны. Вещество в критической области больших флуктуаций плотности приобретает мутно-белую окраску, напоминающую минерал опал, отсюда это явление получило название опалесценция.

Источником волн, генерируемых в объем алмаза при соприкосновении с инструментом, является зерно алмазного абразива. На поверхности инструмента (при его изготовлении) происходит произвольное распределение этих зерен при определенной концентрации этого абразива в объеме рабочего слоя. В результате обработки, учитывая скорость вращения инструмента, каждое зерно абразива, имея произвольные пространственные координаты в плоскости инструмента, с определенной периодичностью взаимодействует с поверхностью алмаза. Поскольку каждое зерно является источником волны, то в этом случае можно предполагать высокочастотную генерацию волн в объем алмаза при взаимодействии этих зерен с поверхностью кристалла. Характер этой генерации в общем случае носит относительно шумовой характер. В традиционной технологии обработки алмаза так и происходит.

В нашем случае колебания работающего инструмента (частота ß) в строго определенном аппаратурном факторе (гa) обеспечивают приращение линейной скорости движения инструмента относительно обрабатываемой поверхности алмаза (ΔV). Поскольку колебания инструмента (частота ß) происходят с гораздо меньшей частотой, по сравнению с частотой касания каждого зерна абразива, то в результате периодическую функцию изменения скорости (см. рис. 1.1) можно представить как некую частотно-модулированную функцию воздействия на кристалл. А условия строгого постоянства ΔV и создают тот самый определяющий фактор образования когерентного поля упругих деформаций в объеме алмаза.