На рис. 8.2 приведено изображение поверхности воздействия (см. рис. 7.3), твердые направления b1 и b2 мягкое направление а, входное шестигранное отверстие «колодца» Н на прилегающей грани алмаза (см. рис. 7.4), наблюдаемое через прозрачную грань дно «колодца» h в виде треугольника. Через прозрачную поверхность обработанной грани (см. рис. 7.3) наблюдается поверхность противоположной необработанной грани.
Здесь следует заметить, что изменение условий «симметричного воздействия» на плоскости октаэдра путем изменения, например, начальной кристаллографической ориентации поверхности на 3–5° относительно мягкого направления а не приводит к резкому изменению модуля упругости поверхности алмаза. Обработка октаэдрической грани проходит в обычном режиме с высококачественной полировкой ее поверхности.
Как правило, режим целенаправленного «симметричного воздействия» твердых (или иных) направлений в процессе обработки алмаза нами не применяется. Целенаправленно этот режим был включен в обработку только в экспериментальных целях. Используемые обычно технологические режимы воздействия не жестко привязаны с конкретной кристаллографической ориентации алмаза и входят в общий алгоритм выполнения поставленной задачи. В этом случае образование вихревого энергетического потока может происходить на отличных от основных (сингулярных) кристаллографических направлениях (например, вицинальных) или их комбинациях.
Создание энергетических вихрей, например, по вицинальным направлениям с учетом определенных частот ß (см. рис. 4.4) приводит к поверхностным эффектам перераспределения атомных связей на всей поверхности и, как правило, к сглаживанию поверхностного рельефа всего кристалла, т. е. проявлению в полной мере эффекта автополировки.
При формировании поверхностей второго порядка за счет динамики изменения положения кристалла относительно плоскости инструмента, выполняется воздействие на различные кристаллографические направления, определяемые геометрическим размером (площадью) конкретной области обработки. Динамическая вихревая среда алмаза при этом формируется из условий общего алгоритма воздействия на кристаллографические направления данной области контакта инструмента и алмаза. Если таких областей воздействия на кристалл несколько, то каждая область вносит свой вклад в формирование общей волновой среды кристалла (например, Эксперименты 1, 2, 3).
При решении технологических задач иногда возникает необходимость применять принцип «симметричного воздействия» без привязки к какому-либо конкретному кристаллографическому направлению алмаза. Порой классификацию кристаллографических направлений в обрабатываемой области определить визуально весьма проблематично. В этих условиях применяется периодическая кристаллографическая разориентация области воздействия инструмента относительно произвольно выбранной оси (например, «пошаговый съем» «рассасывающейся подковы», с. 34).
Взаимодействие энергетических потоков в этом случае может сформировать поверхностные вихри другой природы и привести к трансформации морфологии поверхности алмаза в виде «пупырышек». Что мы и наблюдаем, например, в случае обработки цилиндрической поверхности (рис. 8.3). В этом случае вихревое давление внутри энергетической флуктуации оказывается выше, чем окружающее ее давление матрицы алмаза. Перераспределение поверхностных атомных связей приводит к трансформации поверхности кристалла (миграции атомов поверхности) с образованием островков различных форм и конфигураций (высота этих островков ~200 мкм).
Например, формирование цилиндрической поверхности тела цилиндра происходило после предварительной обработки его «грубого» абриса стандартной технологией. Инструмент циклически перемещался симметрично относительно твердого направления b в секторе между направлениями а'1 и а'2, выравнивая и полируя обрабатываемую поверхность. Подобное симметричное возбуждение волн упругих деформаций относительно твердого направления, по всей видимости, и привело к созданию и взаимодействию определенных вихревых потоков, которые и проявились в виде «пупырышек» на плоскости, отклоненной от твердого направления на угол менее 5° и оставшейся после обработки традиционной технологией.
Рис. 8.3. Симметричное воздействие обрабатывающего инструмента в секторе а'1 и а'2 относительно твердого направления b
В равновесных условиях, в которых находятся твердые тела, в результате теплового движения атомы структуры смещаются (колеблются) относительно своих положений равновесия по гармоническому закону. Их коллективное движение приобретает характер колебательного процесса, распространяющегося в объеме кристалла в виде различных типов волн (мод) упругих деформаций.
В дебаевской модели твердого тела принимается, что акустические колебания (волны упругих деформаций) обладают линейным законом дисперсии при всех частотах в интервале 0 < ω < ωD. Дебаевская частота по порядку величины равна максимальной частоте ~1013 с-1. Так как в гармоническом приближении нормальные колебания независимы, то в кристалле одновременно может быть возбуждено много мод с разным набором частот [25].
При применении нашего квантово-волнового метода воздействия ситуация в алмазе резко меняется с появлением флуктуаций и переходом системы кристалла в неравновесное состояние. В этом случае появляются дальнодействующие корреляции, которые организуют всю систему алмаза, повышая ее когерентное состояние. Такие дальнодействующие корреляции появляются в самой точке перехода от равновесного состояния к неравновесному состоянию. Атомы, находящиеся на макроскопических расстояниях друг от друга, перестают быть независимыми. Вся система начинает подчиняться единому закону, и ее состояние напоминает фазовый переход. Единый колебательный процесс атомов кристаллической решетки алмаза из всего многообразия существовавших мод приводит к распространению колебаний только тех мод, которые кратны основной частоте возбуждения, т. е. частоте ß. Взаимодействие колебаний с различными частотами и создает предпосылки для возникновения еще больших флуктуаций. В алмазе флуктуации служат началом эволюции кристалла в совершенно новом направлении, которое резко меняет поведение всей его системы [26].
При проведении эксперимента по максимальной производительности обрабатывающей системы (см. рис. 2.19) на алмазе первоначально было сформировано восемь граней низа будущего бриллианта. Придерживаясь принципов традиционной технологии [3], эти восемь граней были расположены на четырех гранях природного октаэдра, т. е. по две грани на грань октаэдра. В этом случае «симметричное воздействие» на грани октаэдра происходило сначала между направлениями С1 и С3, потом между направлениями С3 и С2 (см. рис. 8.1), и так на каждой грани октаэдра. Обработка происходила в обычном режиме без особых визуальных эффектов, хотя динамическая вихревая среда при этом уже была.
После обработки первых восьми граней кристалл был развернут сформированным ребром к плоскости инструмента, и процесс обработки новых восьми граней был повторен. В этом случае симметричное воздействие начало происходить вокруг твердых направлений С1 и С2 и мягкого направления С3. Сразу на поверхности граней стали возникать «пупырышки», что говорит о резком изменении характера протекания динамической волновой среды в объеме алмаза.
В этом эксперименте с каждым прикосновением инструмента к алмазу, с каждой обработанной в заданной последовательности гранью в объеме кристалла формировалась определенная динамическая вихревая среда [27]. В процессе обработки каждой грани эта среда коррелировала относительно новых кристаллографических условий воздействия. В результате этого общего симметричного воздействия в алмазе окончательно сформировалась определенная когерентная волновая среда, которая и образовала устойчивую сверхструктуру энергетических флуктуаций в его объеме. По всей видимости, эта сверхструктура способна не только аккумулировать и какое-то время сохранять энергию, полученную от внешнего источника (например, солнечного света), но и активно реагировать на подобные возмущения.
Эта флуктуационная среда в полной мере могла изменить характер межатомных связей в этой сверхструктуре и в общем случае повлияла на свойство упругости всего алмаза, что и привело (за счет приложенного значительного усилия инструмента к кристаллу в процессе обработки) к эффекту его погнутости. Уникальные свойства этой энергетической сверхструктуры, по нашему мнению, заслуживают самого пристального внимания и самого тщательного исследования. По всей видимости, это сформированное внутреннее энергетическое состояние алмаза является совершенно новым проявлением физических свойств этого материала.
