Obrabotka Metallov. 2017 no. 1(74)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (74) 2017 33 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 3. Моделируемые дефекты синтетического алмаза с учетом внутренней морфологии кристалла: точечные дефекты (микродефекты): а – вакансии; б – замещенные атомы ( С -дефект); в – межузельные атомы; г – дислокации; объ- емные дефекты (макродефекты): д – трещины между блоками; е – металлические включения; ж – пластинчатые дефекты, так на- зываемые Platelets; з – субмикропустоты в форме октаэдра, так на- зываемые Voidites; и – плоскостные субмикропустоты (рис. 3, е ). Трещины с металлическими включе- ниями могут располагаться как на поверхности кристалла, так и внутри его, имея протяженность от нанометров до нескольких микрометров. Эти дефекты при совокупном воздействии высокой температуры и увеличении сил резания взаимо- действуют с обрабатываемой поверхностью на атомном уровне. Так, например, диффузия ато- мов углерода из обрабатываемой поверхности в кристалл алмаза наблюдается при температуре более 700 °С, а диффузия углерода из кристалла алмаза в обрабатываемую поверхность происхо- дит при температуре более 800 °С. Чем больше металлических включений, тем выше скорость окисления алмазных кристаллов. В условиях электроалмазного шлифования они могут взаимодействовать с электролитом, сни- жая, таким образом, режущие свойства алмазно- го шлифовального круга. Поскольку точечные дефекты дают начало к образованию объемных, то в кристалле алма- за одновременно располагаются как пла- стинчатые (рис. 3, ж ), так и плоскостные дефекты (рис. 3, з, и ). Они, как и точеч- ные, могут располагаться на поверхности кристалла и внутри его, поэтому от внеш- него воздействия сил резания, тепловых процессов напрямую зависит характер разрушения алмазного кристалла. Пла- стинчатые дефекты – platelets (рис. 3, ж ) формируются из межузельных атомов углерода с примесью азота [14]. Нанораз- мерные субмикропустоты – voidites могут иметь протяженность от одного наноме- тра (рис. 3, з ) до нескольких микрометров (рис. 3, и ) и располагаться между зерна- ми той же ориентации, на их границах или вдоль линий дислокаций [17]. Результаты и обсуждение При шлифовании большинство кри- сталлов алмаза шлифовального круга сохраняют свою форму и целостность (рис. 4, а ). Однако существование в них точечных и объемных дефектов является причиной определенного характера их из- носа. Так, объемное разрушение верши- ны алмаза происходит в виде макроскола (рис. 4, б ) или микроскола (рис. 4, г ), по расположенным на поверхности кристал- ла микротрещинам. Следует отметить, что кри- сталл алмаза состоит из нанослоев (так называе- мых ступеней роста), имеющих размерность от 10 до 300 нм (рис. 4, д ). Из этих нанослоев фор- мируются последующие микрослои, которые имеют размерность от 0,2 до 4 мкм (рис. 4, в ). Что характерно, подобное разделение износа на микро- и макроуровни наблюдается при разру- шении тех режущих поверхностей или граней алмаза, которые входят в непосредственный кон- такт с обрабатываемой поверхностью. Считается [3–5, 18–32], что в зависимости от режимов обработки, физико-химических свойств обрабатываемого материала характер износа алмазов подразделяется на абразивный (рис. 4, ж ), адгезионный (рис. 4, з ), диффузи- онный и тепловой (рис. 4, е ). Однако комплекс- ное исследование состояния поверхности шли- фовального круга показало [18–20, 32], что вне зависимости от условий обработки на одном