Владимир Карасев - Неизвестный алмаз. «Артефакты» технологии
На рис. 7.2 приведена схема плоских сеток в структуре алмаза октаэдра, задействованных в процессе эксперимента. На схеме: а — мягкое направление, b, и b2 — твердые направления, с — движение зерен абразива инструмента в двухосевой системе.
Движение зерен абразива в нашем случае двухосевого движения инструмента имеет циклический характер относительно обрабатываемой поверхности алмаза (см. гл. 1, п. 1.2). Задачей предстоящего эксперимента являлась активизация волнового возбуждения кристалла на плоскости октаэдра одновременно по твердым направлениям (см. рис. 7.2). В этом случае предполагалось зафиксировать какое-либо характерное проявление динамической волновой среды алмаза, сформированной из воздействия инструмента на эти два кристаллографических направления.
Был отобран не тронутый технологией природный кристалл алмаза октаэдрического габитуса. Алгоритм обработки поверхности выбранной грани октаэдра разработан с учетом симметричной и строгой периодичности движения зерен абразива инструмента относительно направления а на этой плоскости (см. рис. 7.2).
Вполне очевидно, что при давлении обрабатывающего инструмента на алмаз (или алмаза на обрабатывающий инструмент) возникает сопротивление алмаза обработке и величина этого сопротивления (усилие прижима) может быть зафиксирована в процессе обработки кристалла. В нашей системе воздействия (станок с ЧПУ) промышленный компьютер фиксирует этот задаваемый параметр алгоритма обработки (величину усилия прижима объекта к инструменту). Также в процессе воздействия контролируется величина съема материала в единицу времени, что в определенной степени может являться показателем эффективности процесса обработки.
Существующие способы обработки алмаза – самого известного и самого твердого из известных материалов имеют вполне определенные величины съема этого кристалла, и эти величины в общем случае имеют размерность ~ мкм/с. Процесс не быстрый и зависит от многих факторов. Как сказано в работе [3]:
максимальное значение интенсивности (кар./мин.) съема алмаза в плоскости:
ромбододекаэдра 0,025
куба 0,015
октаэдра 0,0025.
Поэтому при проведении планируемого эксперимента по обработке плоскости октаэдра постоянное усилие прижима алмаза к инструменту было задано ~200 грамм, а величина съема материала являлась фиксируемым параметром за какое-то разумное время. Величину времени решено было определить (зафиксировать) в процессе проведения эксперимента.
К сожалению, точное значение величины съема материала в этом эксперименте установить так и не удалось. При подаче инструмента к алмазу система обработки фиксировала момент касания инструмента алмаза, но сопротивление этой системы алмаз – инструмент за доли секунды изменялось до нуля.
При вторичной подаче инструмента к алмазу также фиксировался момент касания, но сопротивление системы алмаз – инструмент опять резко падало до нуля. Зафиксировать стабильное состояние сопротивления алмаза обрабатывающему инструменту не удалось. Поверхность воздействия обрабатывалась, а сопротивление алмаза отсутствовало! Эксперимент был завершен при явном изменении поверхности кристалла после двух попыток фиксации сопротивления алмаза. Завершение эксперимента произошло с целью сохранения исходного алмазного сырья.
Нескрываемое удивление у нас вызвало состояние «обработанной» поверхности октаэдрической грани. Следует заметить, что эта грань является «твердой» гранью (111) в алмазе типа октаэдра (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Состояние поверхности алмазной грани после эксперимента
Подобные «барханы» на поверхности алмаза могут образоваться только в одном случае – в случае нахождения поверхности алмаза в состоянии, близком к жидкому. А их линейные размеры никоим образом не связаны с размерностью зерна используемого абразива (-10/7 мкм). Геометрический размер «обработанной» грани -3 х 3 мм. Фото сделано в отраженном свете.
Рис. 7.4. Отверстие в виде колодца в алмазе
Характер расположения этих «барханов» при применении двухосевой системы обработки позволяет сделать предположение, что они образовались на плоскости октаэдра в мягком направлении (а) в последний момент отрыва инструмента от поверхности воздействия. Температура алмаза в процессе эксперимента при этом составляла ~23,5 °C.
Но наибольшее удивление у нас вызвало возникшее на соседней грани шестигранное отверстие в виде колодца (отмечено стрелкой) (рис. 7.4).
Входной диаметр этого углубления составил ~0,5 мм, а глубина ~ 0,7 мм. Структура стенок и дна этого «колодца» представляла собой многогранные рельефные образования и не носила следов ни химического воздействия атмосферы, ни какого-либо другого воздействия, отражающегося на их внутреннем состоянии (травления или полирования).
И в заключение: как можно догадаться, под формулировкой «технологический алгоритм процесса обработки» скрываются определенные взаимодействия и программируемые величины приведенных выше параметров. Какие-то параметры у нас во многих случаях являются постоянными, какие-то приходится рассчитывать для конкретно поставленной задачи, а какие-то меняются в процессе воздействия. В этом случае постоянных накатанных приемов нет. Каждый раз к алмазу мы подходим избирательно, ибо каждый алмаз уникален.
Результаты воздействия квантово-волнового метода на кристаллы алмаза показывают, что это действительно новый взгляд на процесс обработки алмаза. Получая многообразие экспериментальных данных, мы пока не можем в полной мере свести все результаты в какое-то обобщенное и завершенное понимание процесса.
На сегодняшний день мы не вполне уверены в прогнозах, какое именно новое изделие (или прибор) может быть изготовлено из кристаллов природного алмаза с привлечением нашего метода. С одной стороны, нет видимых ограничений в его возможностях, с другой – нет полностью сформировавшегося взгляда о конкретном виде продукции, в которой все эти совокупные возможности могут быть реализованы в полной мере.
Глава 8
Гипотезы квантово-волновой обработки
Прежде чем попытаться обобщить полученные результаты проведенных экспериментов, обратимся еще раз к более подробному рассмотрению метода двухосевого воздействия инструмента на алмаз на конкретном примере.
Обрабатывающий инструмент имеет ось вращения α (рис. 8.1). Эта подвижная ось перемещается вокруг неподвижной оси ß по траектории окружности с радиусом (ra). Величина (ra) является аппаратурным фактором и не меняется в процессе воздействия.
Ось вращения а является центром инерции обрабатывающего инструмента, диаметр рабочей поверхности которого выбирается в зависимости от поставленной задачи воздействия и имеет размер в несколько раз больше, чем (ra). В данном случае в этой схеме плоскость чертежа можно условно рассматривать как 1/2 часть поверхности инструмента.
Вполне очевидно, что вся рабочая поверхность инструмента одновременно перемещается вокруг неподвижной оси ß по траектории окружности с радиусом (ra), В этом случае любая точка касания инструмента с обрабатываемой поверхностью алмаза описывает аналогичную траекторию окружности по поверхности инструмента (окружность диаметром 2ra, рис. 8.1).
Рис. 8.1. Схема волнового воздействия
В качестве примера циклического воздействия инструмента на кристалл алмаза рассмотрим эксперимент «мягкое направление» (см. рис. 7.2).
Начальная (задаваемая) кристаллографическая ориентация обрабатываемой поверхности плоскости октаэдра (с учетом направления движения зерен абразива инструмента) была проведена относительно траекторий движения абразива по мягкому направлению а на рис. 7.2. Это направление соответствует движению зерен абразива С3 на рис. 8.1. Положение оси α в этом случае соответствует, например, положению α3 относительно оси ß. При этом линейная скорость движения зерен абразива составляет V0 и происходит эффективное воздействие инструмента по мягкому направлению а обрабатываемой поверхности.
При эксцентричном перемещении оси α в положение α2, обрабатывающая поверхность инструмента также перемещается по окружности относительно неподвижной обрабатываемой плоскости октаэдра алмаза. Кристаллографическая ориентация траекторий движения зерен абразива относительно неподвижной плоскости октаэдра изменяется на С2, и совпадает с твердым направлением b2, поверхности октаэдра на рис. 7.2. Величина линейной скорости V2 при этом уменьшается относительно V0, поскольку уменьшается радиус движения зерен абразива инструмента на величину гa.
