Неизвестный алмаз. «Артефакты» технологии

Поскольку опыта создания таких «приборов» у нас еще не было, последовательность технологических операций была принята следующая. Сначала «грубым» абрисом нашей технологией формируется поверхность сферической линзы, затем – абрис конусной линзы, после этого обрабатывается («снимается мясо») традиционной технологией рабочее тело прибора («граненый стакан»). Финишная полирующая завершающая обработка всего изделия должна была быть проведена с помощью нашей технологии в обратной последовательности и в соответствующих режимах.

С первых же прикосновений к поверхности алмаза при формировании абриса сферической линзы в объеме кристалла, ближе к поверхности цилиндра, произошло снятие внутренних напряжений, и образовался необычный дефект в виде плоского и округлого «цветочка» (рис. 5.24).

Рис. 5.24. Образовавшийся внутренний дефект кристалла. Снимок сделан в проходящем свете

При дальнейшем воздействии на поверхность алмаза этот внутренний дефект постоянно реагировал на применяемые технологические операции. Он менял свои конфигурации, прозрачность, структуру. А иногда приобретал необычный голубоватый цветовой оттенок.

Предварительный спектроскопический анализ этой части цилиндра (половина области цилиндра, прилегающая к сфере) показал повышенное содержание атомов азота по сравнению со спектрами до обработки. Словно атомы азота образовались и специально сконцентрировались на этом дефекте. Но интересное событие произошло тогда, когда был образован «стакан» и мы приступили к формированию цилиндрической поверхности с применением нашей технологии.

Рис. 5.25. «Пупырышки» на плоской поверхности цилиндра

На самом начальном этапе этого технологического приема в районе конусной линзы, на поверхности одной из плоских граней, оставшихся после предварительной обработки цилиндра традиционной технологией, неожиданно сформировались великолепные «пупырышки» (рис. 5.25). На рисунке красная линия – траектория прохождения кантилевера профилометра при измерении профиля поверхности.

Рис. 5.26. Профиль участка поверхности (мкм)

Анализ профиля поверхности, покрытой «пупырышками» (рис. 5.26), показал, что крупные «пупырышки» имеют плоскую вершину и их высота в основном – 200 мкм. Общий вид будущего изделия приведен на рис. 5.27.

Рис. 5.27. Общий вид будущего «прибора»: поверхность с «пупырышками» (д); внутренний дефект алмаза (б)

Дальнейшие работы по созданию цилиндрической поверхности были приостановлены с целью изучения произошедших изменений.

Глава 6Снятие внутренних напряжений в кристалле

Кристаллы алмаза оптически изотропны, однако довольно часто в них возникают упругие напряжения, приводящие к появлению аномального двупреломления, эффект которого используется при диагностике алмаза в поляризованном свете. Алмазы с большими внутренними напряжениями обладают сильным аномальным двупреломлением, проявляющимся в виде яркого интерференционного окраса.

Узоры двупреломления могут быть различными: полосчатыми, соответствующими зональному строению кристаллов или связанными с плоскостями скольжения; радиально-лучистыми, вызванными дислокациями роста кристаллов; в виде изоклин, вызванных объемными напряжениями в алмазе; в виде фантомов, обусловленных напряжениями, направленными в разные стороны; вызваны включениями посторонних минералов.

Существующие приемы снятия внутренних напряжений не всегда приводят к желаемому результату. Например, термическая обработка алмазов позволяет частично снимать внутренние напряжения в кристаллах и таким образом повышать их прочностные свойства. Экспериментальные работы показывают, что прочность термически обработанных алмазов при статическом одноосном сжатии может повышаться на 20–40 %. Режим термической обработки заключается в нагреве алмазов до 920–940 °C с последующим медленным охлаждением. Несмотря на дороговизну и сложность подобного технологического процесса, он не всегда приводит к желаемому результату, сохраняя риск расколов и изменения цвета алмазного сырья.

Наша технология в процессе формирования динамической волновой среды позволяет целенаправленно при комнатной температуре изменять величину и структуру внутренних напряжений в алмазе.

В качестве примера приведем результаты работ по снятию внутренних напряжений в кристалле алмаза. На рис. 6.1 представлен природный кристалл алмаза, используемый в гранильном производстве для изготовления бриллианта.

Рис. 6.1. Кристалл алмаза до обработки

Анализ внутренних напряжений в алмазе проводился в поляризованном свете в скрещенных поляризаторах [22]. Этот анализ показал распределение аномального двупреломления в виде мозаично распределенных интерференционных окрасок в самых различных участках объема кристалла (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Изображение напряженных областей в объеме алмаза в поляризованном свете в скрещенных поляризаторах