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.
Возможно ли обычную механическую обработку кристалла описать взаимодействием довольно сложных волновых функций работающего инструмента и алмаза? В рамках существующих представлений такое описание не имеет смысла, ибо в применяемых современных технологиях взаимодействие этих функций смысла не несет (прямая линия на рис. 1.1). И учитывать тонкие волновые взаимодействия в кристалле алмаза в ручном режиме огранщики не в состоянии, поэтому обрабатывают алмаз без учета этих взаимодействий. Волновой процесс в этом случае неуправляемый и относится к области паразитных шумов с точки зрения фононной подсистемы кристалла (идет повышение его температуры). В качестве примера нашего «тонкого» волнового воздействия приведу одну из составляющих общего алгоритма трансформации кристалла. Общий алгоритм описывать долго и не имеет смысла. А вот одну из его изюминок я с удовольствием опишу.
Как уже сообщалось выше, ΔV является константой и строго зависит от (гa). Это аппаратурный фактор и в процессе воздействия не меняется. А каким же образом в процессе воздействия можно на него (ΔV) повлиять?
Эксцентричное перемещение оси α вокруг оси ß может происходить двумя путями:: либо это перемещение и вращение инструмента однонаправленно (вращение и перемещение происходит в одну сторону), либо они вращаются в разных направлениях. И в этом случае проявляется один очень важный момент: вращаясь в одну сторону, скорость движения по оси ß дополняет скорость вращения по оси α. В результате ΔV имеет приращение (немного увеличивается).
При противоположном движении возникает противоположный эффект, и ΔV немного уменьшается. Вроде бы очевидный факт, но при нашем периодическом волновом воздействии на алмаз этот факт (как и его комбинации) значительно влияет на формируемое волновое поле алмаза. И это влияние проявляется во вполне определенных тонких эффектах, как в морфологии поверхности, так и в формировании объемной флуктуационной структуры алмаза, расширяя возможности нашей технологии.
В качестве примера приведу картинку движения произвольной точки (или единичного зерна абразива) на поверхности инструмента (области окружности, описываемой осью «вокруг оси ß). Характер этого движения фиксируется нашим компьютером во время работы системы. Соотношение частот α и ß в данном случае формирует некую пятилепестковую фигуру.
Математически эту траекторию можно описать как траекторию эпициклоиды. Ее образование вполне понятно, ибо это эффект эксцентричного движения оси α вокруг оси ß в однонаправленном режиме [17].
Следующая картинка – изображение гипоциклоиды. Кратность соотношения частот строго соблюдена. Все параметры движения сохранены, только поставлен знак (—) в одном из параметров направления движения инструмента. Движения оси α вокруг оси ß разнонаправленные.
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…
