автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка научных основ создания технологии прецизионной обработки твердых хрупких минералов

На правах рукописи

ТЕПЛОВА Татьяна Борисовна

Разработка научных основ создания технологии прецизионной обработки твердых хрупких минералов

Специальность 05.03.01 - «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

0034740В6

Москва 2009

003474066

Диссертационная работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Гридин Олег Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Байор Борис Николаевич

Член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Кведер Виталий Владимирович

Доктор технических наук, профессор Рогов Владимир Александрович

Ведущее предприятие: Национальный институт авиационных

технологий

Защита состоится «30» июня 2009 г. в _11_ час на заседании диссертационного совета Д.520.002.01 ОАО «ЭНИМО по адресу: Москва, 5-й Донской проезд, д. 15, стр.8

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ЭНИМС.

Автореферат разослан « 30 » мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.М.Гришин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

Обработка материалов является одной из важнейших отраслей деятельности человека и лежит в основе различных отраслей промышленности. Наряду с металлами в настоящее время все большее применение находят минералы. Кроме традиционных сфер применения в строительстве и ювелирной промышленности, минералы, особенно в форме кристаллических образований (кристаллов), находят широкое применение при производстве высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий.

Однако поверхностная обработка минералов в отличие, от металлов имеет свои особенности, связанные с широким разбросом физических свойств минералов, их анизотропией, наличием включений и других особенностей, их строения. В связи с этим при шлифовании минералов использование основных закономерностей шлифования металлов требует введения дополнительных эмпирических коэффициентов, учитывающих свойства минерала. Перенесение зависимостей шлифования, полученных при обработке одного минерала, на обработку другого минерала часто бывает нецелесообразным из-за различных физических свойств этих минералов. Поэтому актуальным является новый подход к шлифованию минералов как к удалению поверхностного слоя обрабатываемого материала без разрушения его основного объема с учетом основных закономерностей разрушения горных пород и минералов и основных физических свойств обрабатываемого минерала, оказывающих существенное влияние на процесс обработки и выход годной продукции.

Расширение области применения минералов (в том числе кристаллов) ставит задачу их поверхностной обработки с заданными выходными параметрами для различных сфер применения. Технологический процесс формообразования поверхности при обработке минералов можно рассматривать как процесс удаления поверхностного слоя (ПС) минерала с формированием поверхности заданной шероховатости и неплоскостности. Особое значение приобретает качество обработки поверхности с минимизацией отходов сырья для применения кристаллической формы минералов, в том числе алмаза и лейкосапфира, в микроэлектронике при изготовлении подложек интегральных микросхем (ИМС). В настоящее время полупроводниковые схемы на лейкосапфировых подложках изготавливаются с применением эпитаксии. Эпитаксия — это метод послойного выращивания одного кристаллического твердого тела на поверхности другого (называемого подложкой), при котором растущий кристалл наследует кристаллографическую структуру подложки. Подложка, изготовленная из кристаллов (кремния, лейкосапфира, алмаза и других твердых материалов), выполняет роль механического носителя и отводит тепло от микросхемы в процессе её работы. Поэтому для изготовления подложек применяются кристашш-

ческие минералы, обладающие большой твердостью и высокой теплопроводностью (лейкосапфир, алмаз). В настоящее время формирование поверхности на-нометрового рельефа для последующего этапа эпитаксии таких материалов является большой проблемой. Качество поверхностного слоя подложек существенно влияет на структурное совершенство эпитаксиального слоя. Дислокации и дефекты поверхностного слоя формируются и зависят от подложки, наследуют её отрицательные свойства, ухудшая эксплуатационные свойства микросхем. В этих условиях при поверхностной обработке материалов на первый план выходит вопрос недопустимости возникновения сколов, трещин, микродефектов и дислокаций в основной массе материала. Требуется прецизионное удаление поверхностного слоя минерала с получением нанометрового рельефа поверхности с минимальным количеством дефектов, привнесенных процессом обработки.

Традиционным способом обработки твердых хрупких минералов (в том числе кристаллов) является механическое шлифование свободным и связанным абразивом. После такой обработки получается поверхность с шероховатостью около 200 нм и нарушенным подповерхностным слоем. Для достижения необходимой шероховатости (например, для лейкосалфира 0,2 нм) при изготовлении подложек заготовка полируется в агрессивных средах. При таком способе проблематично достижение стабильно повторяющихся параметров процесса обработки, высок процент брака ИМС, связанного с обработкой поверхностей подложек.

Поскольку требования к качеству поверхности подложек ИМС непрерывно ужесточаются, для решения задачи создания необходимого рельефа поверхностного слоя дорогостоящих твердых минералов с минимизацией отходов и формированием поверхности заданного качества необходимо изучение и направленное изменение свойств и состояния минералов.

Новым перспективным способом получения высококачественной поверхности твердых хрупких кристаллических минералов нанометрового рельефа является удаление поверхностного слоя в режиме квазипастичности. Квазипластичность - проявление пластичных свойств поверхностным слоем твердых хрупких минералов при обработке. Технология квазипластичной обработки твердых минералов основана на обеспечении механического воздействия на обрабатываемую поверхность (ОП) минерала при подаче шлифовального круга (ШК), составляющей доли мкм/ход. При этом поверхностный слой хрупких твердых минералов проявляет пластичные свойства и преобладающим механизмом становится не хрупкое разрушение, а квазипластичное удаление поверхностного слоя минерала. При данных подачах контактное взаимодействие зерен шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью создает периодическое переменное механическое поле, под воздействием которого происходит

направленное квазипластичное удаление ПС с формированием поверхности на-нометровой шероховатости и с минимальными дефектами (не более 50 нм), внесенных процессом обработки.

При квазипластичной обработке можно проводить постоянный активный бесконтактный контроль процесса обработки, на основе которого автоматизировать процесс поверхностной обработки. В результате появляется возможность получения большого количества изделий из твердых хрупких минералов (в том числе кристаллов) со стабильным качеством ПС нанометровой шероховатости.

Однако в процессе взаимодействия инструмента с ОП обрабатываемый минерал нагревается и величина теплового расширения может стать соизмеримой с величиной подачи инструмента. В минерале возникают термоупругие напряжения, которые способствуют распространению дефектов и разрушению минерала. Традиционное применение СОЖ не дало положительных результатов, в процессе обработки: на ОП появлялись новые дефекты. В процессе обработки применялось пассивное воздушное охлаждение при нахождении обрабатываемого минерала вне зоны резания. Чтобы избежать разрушения впервые обрабатываемого в режиме квазипластичности минерала и получить требуемую высококачественную поверхность, до проведения исследований, представленных в настоящей работе, приходилось эмпирически искать режимы и параметры ква-зшшастичного удаления поверхностного слоя минерала для его обработки. Как правило, поиск сопровождается большими затратами времени и опытных образцов дорогостоящих минералов. Несмотря на достигнутые положительные результаты при поверхностной обработке различных твердых минералов, полученные на станочном модуле АН15ф4 на предприятии «Анкон -Е.М.», отсутствие научно обоснованных критериев процесса квазипластичного удаления ПС, позволяющих учесть физико-механические, прочностные, теппофизические свойства обрабатываемых минералов, механические свойства упругой обрабатывающей системы (УОС), сдерживало развитие технологии.

Исходя из вышеизложенного актуальной проблемой является установление научно обоснованных условий эффективной реализации процесса прецизионного квазипластичного удаления ПС твердых хрупких минералов на основе установления прочностных, упруго-механических и теплофизических закономерностей процесса квазипластичного формирования поверхности. Установленные закономерности позволяют разрабатывать рациональные режимы поверхностной обработки твердых хрупких минералов (алмаз, лейкосапфир) для серийного производства подложек ИМС и для применения в других отраслях промышленности, объектами которых являются минералы и твердые хрупкие материалы, поверхностная обработка которых существующими традиционными способами оказалась малоперспективной.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР МГГУ по госбюджетной теме Минобразования РФ № ФГП-465ДС «Установление закономерностей изменения состояния и свойств горных пород и минералов при действии физических полей» и в рамках договора с ЗАО «Анкон Е.-М.»

Цель работы.

Разработка основ теории и научной базы, описывающих закономерности процесса квазипластичной поверхностной обработки, и методологии формирования нанометрового рельефа поверхности и активного контроля процесса квазипластичной обработки на основе выделения и оценки информативных характеристик процессов, сопровождающих квазишгастичную поверхностную обработку твердых хрупких материалов. Задачи исследования: 1.Определение зависимостей изменения свойств твердых минералов при воздействии механических и тепловых полей, проявления хрупких и квазипла-стичиых свойств твердых минералов от различных технологических режимов поверхностной обработки.

2. Установление взаимосвязи структурных и физических свойств твердых минералов с технологическими свойствами при получении поверхности на-нометровой шероховатости.

3. Выявление технологических факторов, оказывающих наибольшее влияние на изменение физических свойств поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических минералов, с целью последующего управления процессом поверхностной обработки.

4. Определение оптимального качества поверхности в процессе обработки.

5. Разработка концептуальной модели поверхностной обработки твердых хрупких материалов и методологии формирования алгоритмов формообразования нанометрового рельефа поверхности твердых хрупких материалов при поверхностной обработке в режиме квазипластичности.

6. Разработка методики определения режимов поверхностной обработки твердых хрупких материалов с учетом свойств обрабатываемого материала.

7. Разработка технологических рекомендаций по назначению начальных режимов резания и зависимостей их изменения в процессе обработай.

8. Разработка рекомендаций по назначению режимов резания и их изменению в процессе обработки для получения максимальной производительности станочного модуля с числовым программным управлением (ЧПУ) при обработке поверхностей твердых хрупких материалов с получением нанометрового рельефа поверхности.

Научная новизна работы заключается в создании научных основ, описывающих закономерности возникновения квазипластичного режима шлифования твердых хрупких материалов, на базе которых формируются технические требования к условиям обработки, обеспечивающие получение нанометрового рельефа обработанной поверхности твердых хрупких материалов.

Научные положения, выносимые на защиту, и новизна:

1. Предложена классификация состояния поверхностного слоя минерала при его механической обработке по величине удельной энергии воздействия. При этом впервые показано, что необходимое качество поверхности может быть достигнуто при обработке в режиме квазипластичности при величине удельной энергии в интервале от предела Пайерлса, соответствующего началу движения дислокаций, до хрупкого разрушения.

2. В разработанной теоретической модели процесса поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических минералов в периодически воздействующем термомеханическом поле с получением поверхности нанометро-вого рельефа впервые осуществляется новый подход к шлифованию минералов как к разрушению поверхностного слоя обрабатываемого материала с учетом основных закономерностей разрушения горных пород и минералов и физических свойств обрабатываемого минерала, оказывающих существенное влияние на процесс обработки и выход годной продукции. Такой подход позволяет определить интервал допустимых контактных напряжений, составляющий доли процента от величины предела прочности минерала на растяжение, оценить необходимое время воздействия для определения параметров оборудования технологического процесса формирования наномет-рового рельефа поверхности твердых хрупких минералов.

3. При наложении термических и механических полей, возникающих в процессе квазипластичной обработки, величина термических напряжений нелинейно зависит от температуры поверхности и не должна превышать величину предела прочности минерала на растяжение. Влияние теплового расширения образца на величину контактных напряжений впервые предложено определять по интегральной средней температуре по объему образца, практически не зависящей от более высокой температуры поверхностного слоя.

4. Теоретическое и экспериментальное исследование спектров акустических сигналов с постоянными частотами килогерцового диапазона, сопровождающих процесс колебания системы «инструмент-обрабатываемый минерал» при поверхностной обработке твердых хрупких минералов в режиме квазипластичности, позволило установить, что генерируемые сигналы являются совокупностью колебаний, специфичных для каждого исследуемого минерала. При этом впервые показано, что частоты сигналов, генерируемых алмазом и лейкосапфиром, прямо пропорциональны их модулям Юнга в различных кристаллографических направлениях, не связаны с размерами образца и с упругими постоянными станочного модуля и могут быть использованы при диагностике неоднородностей упругих свойств поверхностного слоя в процессе механического воздействия.

5. Разработанный комплекс критериев (1 прочностной, 3 теплофизических), позволяет определить условия обработки твердых хрупких кристаллических минералов в области квазипластичного удаления поверхностного слоя без перехода в область хрупкого разрушения материала.

. 6. Разработанная концептуальная модель квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических минералов на основе впервые предложенного комплекса критериев (прочностного, теплофизических и упруго-механических зависимостей) обеспечивает выбор рационального диапазона заданных технологических параметров поверхностной обработки в режиме квазипластичности и представляет возможность для автоматизации процесса поверхностной обработки в режиме квазипластичности для серийного производства изделий с нанометровым рельефом поверхности. 7. При определении параметров оборудования для формирования наномет-рового рельефа поверхности твердых хрупких минералов в режиме квази-пластачности должна учитываться корреляционная зависимость усилия прижима инструмента с собственными частотами, генерируемыми материалом при механической обработке в режиме квазипластичности. Впервые показано, что для получения нанометрового рельефа после алмазного шлифования совершенствования качества поверхности твердых хрупких кристаллических минералов с получением нанометрового рельефа поверхности, необходимо уменьшать усилие прижима при уменьшении частоты сигнала, генерируемого материалом в процессе обработки. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- объективностью применения основных подходов оценки предельных параметров напряженно - деформируемого состояния, используемых для решения задач хрупкого разрушения, включая использование критериев прочности и пластичности анизотропных твердых тел, теории дислокации и основных положений термодинамики;

- соответствием принятых допущений рассмотрения процесса обработки (квазистатичность, замена воздействия инструмента распределенной нагрузкой и др.)

- описанием реального процесса обработки и соответствием предложенного математического описания положениям термодинамики (разделов теп-ломассопереноса, термического хрупкого разрушения), физики твердого тела, физической мезомехаяики; принятая классификация эффектов при поверхностной обработке минералов (кристаллов) соответствует теории дислокаций;

б

- представительным объемом экспериментальных исследований на образцах различных хрупких минералов (более 300 экспериментальных измерений в процессе обработки);

- использованием современных аттестованных контрольно-измерительных приборов и оборудования, а также аттестованных методик измерения;

. - соответствием (с погрешностью не более 5% по амплитуде и частоте) реальных акустических спектров со спектрами, смоделированными аналитически;

- высоким качеством поверхности (с шероховатостью до 2 нм), полученной при обработке минералов (кристаллов), в соответствии с принятыми рекомендациями по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей моно- и поликристаллических алмазов и лейкосапфи-ров;

- соответствием (с погрешностью не более 5%) расчетных и измеренных температур обрабатываемых минералов (кристаллов).

Научное значение работы заключается в установлении, зависимостей, учитывающих взаимосвязь физико-механических, теплофизических свойств твердых хрупких минералов и технологических свойств обрабатывающей системы при квазипластичном удалении поверхностного слоя обрабатываемого минерала, позволяющих применять этот способ для серийной обработки кристаллических твердых хрупких минералов (моно- и поликристаллический алмаз, лейко-сапфир) с получением поверхностей нанометрового рельефа. Практическое значение работы.

1. Разработаны общие рекомендации по технологии прецизионного удаления ПС твердых минералов и частные рекомендации по выбору рациональных режимов обработки лейкосапфира, моно- и поликристашшческих алмазов, позволяющие получать поверхности нанометровой шероховатости.

2. Составлены алгоритмы для управления в автоматическом режиме процессом обработки плоских поверхностей кристаллических твердых минералов с получением нанометрового рельефа.

3. Экспериментально определены параметры (начальная врезная подача, скорость вращения 1IIK, скорость продольного прохода стола станочного модуля, соотношение времени обработки и времени пассивного воздушного охлаждения) и алгоритмы назначения начальных режимов резания и зависимости изменения врезных подач в процессе обработки при поверхностной обработке твердых хрупких минералов в режиме квазипластичности для станочного модуля АН15ф4 с ЧПУ.

4. Разработаны рекомендации назначения режимов резания для получения максимальной производительности станочного модуля АН15ф4 с ЧПУ при

обработке поверхностей твердых хрупких минералов с получением нано-метрового рельефа поверхности.

5. Предложенные технические решения по усовершенствованию обработки плоских поверхностей твердых хрупких кристаллических минералов позволяют снизить на 10 - 12% брак при обработке плоских поверхностей, изделий из лейкосапфира, и на 5 - 7% -изделий из алмаза.

. Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы:

- в виде алгоритма управления процессом обработки при реализации предложенной модели квазипластической деформации обрабатываемого минерала на основе технологической диагностики течения процесса, используемого при обработке минералов (алмаз, лейкосапфир) на предприятии «Анкон-Е.М.»;

- в виде рекомендаций: «Рекомендации по технологии размерно-регулируемого удаления поверхностного слоя твердых минералов в режиме квазипластичности при изготовлении изделий из монокристаллов»; «Рекомендации по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей лейкосапфира в режиме квазштластичности»; «Рекомендации по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей монокристалла алмаза в режиме квазипластичности»; «Рекомендации по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей поликристаллического алмаза в режиме квазипластичности»; «Рекомендации по использованию технологии получения нанометрового рельефа поверхности твердых материалов путем направленного механического разрушения поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических минералов и материалов», которые используются при обработке твердых минералов на предприятии «Анкон-Е.М.»;

Результаты исследований используются в учебном процессе, как часть лекционного курса дисциплины «Технология гранильного производства».

Результаты работы позволили получить на предприятии «Анкон -Е.М.» стабильно воспроизводимые результаты поверхностной обработки кристаллов с получением нанометрового рельефа поверхности (лейкосапфира = 2 нм, натурального алмаза 11а = 10 нм, поликристаллического алмаза = 2,5 нм).

Результаты исследования могут быть применены: в микроэлектронике для изготовления подложек; в гранильной промышленности для гибкой комплексной автоматизации технологии обработки алмазов в бриллианты и в медицине для изготовления точных приборов и инструментов из твердых монокристаллов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались: • на научных симпозиумах «Неделя горняка», МГГУ, Москва, 2003г, 2004г,

2005 г, 2006 г, 2007 г, 2008 г, 2009 г.

• Международных симпозиумах «Sympozjon Modelirowanie w mechanice», Wisla, 2004 r, 2005 r, 2006 r, 2007 r, 2008 r.

• XI Международном симпозиуме «GEOTECHNIKA - GEOTECHNICS», Польша, Устрань, 2004 г.;

• международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии", Иваново, 6-8 июня, 2005г.;

• Международном симпозиуме «Образование через науку» МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 2005 г.;

• Научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии», ФГУП «НПО машиностроения», Реутов; 2005 г.;

• Научно-технической конференции «Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения», Киев; 2005г.;

• Международной конференции «55-th anniversary of founding the Faculty of Mechanical Engineering of VSB Technical University of Ostrava», Ostrava; Czech Republic; 2005r.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 научные работы.

Структура и объем работы. Настоящая работа состоит из введения, 6 глав, заключения, приложений, содержит 293 страницы, 28 таблиц и 79 рисунков, список использованных источников из 174 наименований.

Автор выражает благодарность проф., д.т.н. Гридину О.М., проф., д.т.н. Дмитриеву А.П., проф. д.т.н. Гончарову CA., проф., д.т.н. Морозову В.И., проф., д.т.н. Микову И.Н., проф., д.т.н. Куприянову В.В., д.т.н. Сильченко О.Б., к.т.н. Ананьеву П.П., к.т.н. Коныпину A.C., к.т.н. Могиревой Е.С., за помощь в работе при постановке и проведении эксперимента Плотникову С.А., Моршу P.E., Осташевскому A.A., за помощь в проведении расчетов и оформлении работы Могиреву А.М., Теплову М.М., Теплову A.M., коллективам кафедр ФГПиП и ТХОМ, специалистам ЭНИМС за помощь, оказанную при выполнении работа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена цель диссертации, сформулированы задачи исследования, изложены основные и практические научные результаты.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы, сделан обзор применяющихся способов поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов, приведены существующие научно-методические и технологические подходы к задачам в данной области, проведен анализ перспективных физических моделей и способов поверхностной обработки материалов, возможность их применения для совершенствования процесса обработки твердых хрупких минералов.

Кроме традиционных сфер применения в машиностроении, приборостроении, твердые материалы, особенно минералы в форме кристаллических образований (кристаллов), находят широкое применение в производстве высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий. При применений твердых хрупких кристаллических материалов для изделий микро-наноэлекгроники, медицины и других технологических изделий в области нанотехнологий актуальной проблемой является их поверхностная обработка с формированием поверхности нанометрового рельефа. Сложность механической обработки твердых хрупких минералов (алмаз, лейкосапфир) обусловлена их высокой твердостью 10,9 по шкале Мооса), спайностью, анизотропией и другими физическими свойствами.

Традиционными способами поверхностной обработки лейкосапфира являются шлифование свободным и связанным абразивом и полирование. Однако при такой обработке, шероховатость обработанной поверхности составляет 200 -300 нм и получается высокий процент брака изделий, связанного с дефектами обработки (трещины, сколы, микротрещины), которые приводят к разрушению изделия. Разрушение происходит под действием предельных напряжений, вследствие развития трещин. В настоящее время для оценки предельных параметров напряженно-деформируемого состояния, вызывающих хрупкое разрушение и пластическое течение твердых тел, используют различные подходы, основанные на использовании критериев механики разрушения, механики рассеянных повреждений, прочности и пластичности.

Критерии прочности устанавливают момент исчерпания несущей способности твердого тела в некоторой точке или во всем объеме и содержат прочностные параметры твердых тел, определяемые экспериментально в лабораторных и натурных условиях. В основном критерии обосновываются классическими теориями прочности и механикой разрушения и рассматривают условия зарождения и распространения трещины. Для хрупких горных пород и кристаллов пре-

дельное состояние наступает при достижении ими предела прочности, после которого при дальнейшем приложении напряжения, происходит рост трещин.

Применение твердых минералов (лейкосапфир, алмаз) для изготовления подложек интегральных микросхем (ИМС) в микро-наноэлектронике и свето-диодах высокой яркости выдвигает дополнительные требования к качеству обработки плоских поверхностей. Кроме достижения шероховатости нанометро-вого уровня, должны быть минимальными дополнительные дефекты в поверхностном и подповерхностном слоях, внесенные процессом поверхностной обработки, так как формирующиеся от подложки дефекты ухудшают эксплуатационные свойства микросхем.

Одним из перспективных способов механической поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических минералов является направленное удаление ПС в режиме квазипластичности, который обеспечивается малым усилием воздействия инструмента при минимальных подачах, жесткостью конструкции УОС и относительной изоляцией от внешних возмущений. В результате заготовки из хрупких минералов можно механически обрабатывать в регулируемом режиме с получением обработанной поверхности нанометрового рельефа. Впервые процесс обработки в режиме квазипластичности был исследован Т.Г. Бифано и Т.А. Доу в восьмидесятых годах двадцатого века на установке «PEGASUS». В результате проведенных экспериментов на-большом количестве аморфных стекол, монокристаллов и керамических минералов авторами были установлены условия хрупко-пласшчного перехода, при котором все материалы, независимо от их твердости и хрупкости, в процессе механической поверхностной обработки претерпевают переход от хрупкого режима разрушения к квазипластическому. Недостатками установки "PEGASUS" являются отсутствие модели диагностирования параметров обработки, эмпирический, выбор режима обработки, что не позволяет получать стабильные результаты и автоматизировать процесс обработки. Технология процесса размерно-регулируемого шлифования анизотропных минералов с отсутствием дефектов, привнесенных технологическим процессом обработки, создана д.т.п. Сильченко О.Б. и к.т.н. Конылиным A.C. Под руководством к.т.н. Коныпина A.C. на основе фундаментальных работ д.т.н., проф. Кудинова В.А., д.т.н., проф. Ратмирова В,А., д.т.н., проф. Левина А.И., к.т.н. Бобрина В.И. в ЭНИМСе был создан станочный модуль АН15ф4 с числовым программным управлением (ЧПУ). При испытании макетного образца станочного модуля с ЧПУ получены положительные результаты при обработке керамических видеоголовок, изделий из сапфира, фианита, поликристаллических и натуральных алмазов, ориентированных в твердом направлении. На основе физической мезомеханики, разработанной академиком РАН Паниным В.Е., д.т.н. Сильченко О.Б предложена модель размерно-регулируемой и бездефектной обработки твердоструктурных минералов реза-

нием. Учитывая то, что в своих исследованиях Панин В.Е. рассматривал в основном металлы, для теории поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических минералов необходимо для оценки предельных параметров напряженно-деформируемого состояния «инструмент-обрабатываемый минерал» учитывать основные прочностные зависимости, применяемые в практике обработки минералов. Отсутствие научно обоснованных критериев процесса квазипластичного удаления ПС, позволяющих учесть свойства обрабатываемых минералов и механические свойства упругой обрабатывающей системы (УОС), сдерживает развитие технологии. Классические теории прочности относятся в основном к изотропным средам, что ограничивает возможности их применения в.условиях квазипластичного удаления ПС кристаллов. Отсутствие учета теп-лофизических свойств обрабатываемого минерала во взаимодействии с упруго-механическими свойствами УОС затрудняет выбор режимов обработки, обеспечивающих получение поверхностей заданного качества для различных твердых минералов, не обрабатываемых ранее в режиме квазипластичности, и часто приводит к разрушению минерала. Кроме того, известные методы выбора режимов обработки основаны на эмпирических зависимостях, не учитывающих фактическое состояние параметров процесса обработки. Использование эмпирических зависимостей при прецизионной поверхностной обработке твердых материалов (в том числе натурального алмаза) часто приводит к возникновению дефектов в связи с выходом процесса обработки из области квазипластичного удаления поверхностного слоя минерала в область хрупкого разрушения и браку изделий из дорогостоящего сырья.

В данной работе ставятся задачи разработки основ теории и научной базы процесса квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических минералов (алмаза, лейкосапфира), разработки методологии формирования нанометрового рельефа поверхности и активного контроля процесса квазипластичной обработки на основе выделения и оценки информативных характеристик процессов, сопровождающих квазипластичную поверхностную обработку твердых хрупких материалов и другие задачи исследования, изложенные выше. Па основе определения новых закономерностей процесса квазипластического удаления ПС материала с учетом его физико-механических и теп-лофизических свойств появляется возможность разработки, научно обоснованной методики выбора рациональных режимов механической обработки поверхностей твердых хрупких минералов.

На этой базе основан новый подход к шлифованию минералов, как к удалению поверхностного слоя обрабатываемого материала без разрушения его основного объема, с учетом основных закономерностей разрушения горных пород и минералов.

Вторая глава посвящена разработке модели квазипластичного удаления ПС твердых хрупких кристаллических материалов с формированием панометрово-го рельефа поверхности. Рассмотрена модель квазипластичного удаления ПС твердых материалов с учетом теплофизических свойств, упругих свойств обрабатывающей системы и оценки состояния системы «инструмент-обрабатываемый материал». Научно-методические подходы формирования физико-математической модели основывались на корректности оценки предельных параметров напряженно-деформируемого состояния, используемых- для решения задач хрупкого разрушения, включая использование критериев прочности и пластичности анизотропных твердых тел, элементов теории дислокации, основных положений термодинамики и физической мезомеханики. Физическая мезомеханика исследует вопросы, находящиеся на стыке физики твердого тела и механики деформируемого твердого тела. Применяющийся в физической мезомеханике термин "масштабные уровни деформации" предполагает четкую классификацию размеров в иерархии масштабов: "микро",- "мезо" и "макро". Термин "мезоскопический" в физической мезомеханике отражает смысл "промежуточный" между твердым телом как сплошной средой и его конкретной кристаллической решеткой. При рассмотрении объекта исследования малой величины (примерно 0,5 -0,05 мкм) допускается применение как элементов классических уравнений напряженно-деформируемых состояний механики сплошной среды, так и элементов теории дислокаций. Физическая мезомеханика рассматривает ПС в нагруженных материалах как самостоятельный мезоскопический структурный уровень деформации, который имеет более высокую концентрацию дефектов и пониженный предел сдвиговой устойчивости, по сравнению с основным объемом материала.

Рассмотрим суть механизма взаимодействия алмазных зерен ШК с ОП твердого хрупкого материала, обладающего микронеровностиями, при поверхностной обработке материала. Во время упругого взаимодействия выступов, .согласно релаксационной модели мезомеханики, любая точка в деформируемом твердом теле испытывает сдвиг. В точке соприкосновения выступов ШК и ОП кристаллического минерала происходит локальная потеря сдвиговой устойчивости кристаллической решетки. Происходит движение дефектов в кристалле, в результате которого первоначальный концентратор напряжений релаксирует, и распределение напряжений в кристалле становится более однородным. Исходный высокопрочный кристалл в ходе квазипластической деформации наполняется дефектами структуры. Кристалл снижает свою прочность, но сохраняет сплошность. Сдвиг на микроуровне сопровождается поворотными деформациями на мезоскопическом масштабном уровне. На мезоуровне носителями квазипластического течения являются струетурные элементы — мезообъемы. Формирование движущихся в релаксационном режиме мезообъемов происхо-

дит в основном в ПС обрабатываемого минерала, имеющем большую дефектность, в направлении максимальных касательных напряжений. Релаксация одних напряжений в процессе возвратно-поворотных колебаний сопровождается генерацией других внутренних напряжений. Режим квазипластичного удаления ПС хрупких минералов можно обеспечить при специальном подборе таких параметров, как усилие прижима и скорости движения инструмента параллельно поверхности кристалла, подвергаемой механическому воздействию.

При снижении контактных напряжений величина энергии воздействия может быть недостаточна для проявления пластичных свойств хрупких кристаллов, обусловленных движением дислокаций, если напряжения меньше предела Пайерлса (т„ ), соответствующего началу движения дислокаций. Режим квазипластичного удаления ПС должен лежать в диапазоне энергий, превышающих энергию воздействия, соответствующую пределу Пайерлса, и быть меньше величины энергии, соответствующей хрупкому разрушению (определяемой, например, Ржевским В. В., Новиком Г.Я.). С учетом вышеизложенного сформирована классификация энергетического воздействия, позволяющая-распределять эффекты, возникающие в ПС твердого минерала при механическом воздействии (табл. 1).

Таблица 1

Классификация энергетических уровней состояния поверхностного слоя

минералов при механическом воздействии

Состояние поверхностного слоя твердого минерала при механическом воздействии Диапазон удельной величины энергии воздействия, W, Дж-м-3

При механической обработке хрупкое разрушение 2-Е

Режим «квазипластичносга» 2 Е 2-Е .

Упругое деформирование материала 2 2-Е

здесь Е —модуль упругости, Па; т„- предел Пайерлса, Па; ар- предел прочности на растяжение, Па.

Например, для лейкосапфира 0^=800 Мпа; Е = 46'1010 Па. Величину предела Пайерлса определяем из известного соотношения (описанного, например, Т.Судзуки, X. Ёсинага, С.Такеути): г„=3,610"6 • Е= 1,65 Мпа.

Оценим диапазон энергии воздействия для режима квазипластичного удаления ПС для лейкосапфира. Максимально допустимая энергия воздействия, обеспечивающая отсутствие хрупкого разрушения, составит 6,96'Ю5 Дж-м'3. Минимальная энергия воздействия, характеризующая начало пластических процессов, обусловленных движением дислокаций, составит 2,98 Дж'М ~г.

14

Широкий интервал энергетического диапазона квазипластичного удаления ПС твердых минералов затрудняет задачу выбора оптимального режима механического воздействия. Для решения задачи рассмотрим процесс механического взаимодействия инструмента с поверхностью минерала. Взаимодействие имеет комплексный характер, включающий разнородные воздействия зерен шлифовального инструмента в нормальном и тангенциальном направлениях. Эти воздействия тесно взаимосвязаны, но для анализа в первом приближении удобно рассмотреть их по отдельности.

При создании модели взаимодействия инструмента с поверхностью твердого минерала при формообразовании нанометрового рельефа поверхности по нормали к ней процесс рассматривался как квазистатический. Данное допущение может быть принято на основе оценки времени воздействия инструмента и

величин характерных времен волновых процессов, отличающихся более чем на 3 порядка. При анализе механизма взаимодействия приняты следующие допущения. Инструмент является абсолютно жестким телом с горизонтальной поверхностью. Данное допущение может быть принято на основании того, что инструментом являются алмазные зерна, размер которых (мкм) на порядок и более превышает размер шероховатости (нм). Задача решается в "плоском" приближении. В результате воздействия инструмента на микронеровности поверхности происходит их упругое деформирование. Воздействие инструмента можно заменить распределенной нагрузкой, действующей на каждую микронеровность (рис. 1).

Наиболее опасная точка А возникновения трещины в ПС находится в нача-

п Ж п я

ле координат, что соответствует значению: в2 = —, a 0t = -—.

Обработка твердых хрупких материалов в режиме квазипластичности будет происходить при соблюдении условия:

(1)

где Р,ф. критические контактные напряжения, Р - текущее значение контактных напряжений в процессе обработки. На практике работа в области контактных напряжений, близких к величине Pip, является затруднительной из-за невозможности создания одинаковой величины контактных напряжений по поверхности кристалла (т. к, микронеровности неоднородны по высоте). Вели-

15

Рис.1. Схема определения напряжений на оси микроперовности под действием распределенной нагрузки

чина средних контактных напряжений должна быть не меньше, чем на порядок, ниже критических.

• Можно утверждать, что рациональный режим изменения усилия прижима в процессе обработки должен носить характер возрастания во времени на стадии выравнивания неоднородности шероховатости с последующим снижением в процессе обработки на стадии уменьшении величины шероховатости для обеспечения снижения величины удаляемых микрообъемов. Подробные расчеты приведены в диссертации.

С целью получения поверхности нанометрового рельефа было рассмотрено

послойное квазипластичное удаление поверхностного слоя под действием усталостных напряжений возвратно-поворотных мод деформации. Процесс рассматривался как квазистатический. Задача решена в «плоском» приближении. Пусть 8 - подача ШК по вертикали, м. Если 5<к, где И -высота выступа образца (шероховатость м,' то столкновения выступов ОП образца с зернами НПС будут происходить в слое толщиной 8 (рис 2). '

На начальном этапе размер алмазных зерен ШК соизмерим с размером микрояеровностей обрабатываемого материала (20 мкм). На заключительных этапах шлифования размер зерен ШК значительно превышает оставшиеся микронеровности, составляющие 210 нм. Примем средний диаметр части выступов ОП и части зерен ШК, попавших в этот слой (1 ~ 812. Согласно предложенной модели при выбранном шаге подачи <50, м, за цикл снимается слой <50, но нижняя часть (впадины) шероховатости перемещаются на 28„, до тех пор, пока подача не станет порядка высоты выступов (шероховатости Яг). На это необходимо А, циклов, Л,

- целая часть выражения. С этого момента усилие прижима инструмента (вертикальная врезная подача инструмента) должно уменьшаться. При уменьшении подачи по закону , уменьшение усилия прижима будет продолжаться до

тех пор, пока подача инструмента не сравняется с технически достижимой подачей ШК по вертикали 8^. Общее число шагов, исчерпывающих технические возможности шлифовального станка, равно:

Рис. 2 Схема удаления ПС образца при кеазиппастичной обработке

К 1; где К

2 80 280

- Исходя из заданной шероховатости и минимально возможной врезной подачи станка можно вычислить число снимаемых слоев, время, необходимое на доведения заготовки до заданной шероховатости, и выбрать рациональный режим обработки.

Оценка минимального размера шероховатости, возможного получить на используемом оборудовании, исходит из технически достижимой подачи ШК по вертикали 5т;п. Высота получаемого выступа шероховатости Ив ~ 8 тЫ ¡2 +$тет/2- Дальнейшего снижения шероховатости при квазипластичном удалении ПС можно добиться при нулевой подаче инструмента, создавая усилия прижима за счет теплового расширения образца. Оценочное значение мшш-мальной шероховатости 112: /¡т,„ ~ <5„„,/2, (3); =/?•#■ АТср, (4)

где р - средний коэффициент линейного расширения материала образца, К'1; Я - толщина образца, м; ДТср -разница между интегральной средней температурой ОП, К, и температурой окружающей среды, К.

Наиболее существенное влияние на процесс удаления ПС минерала в режиме квазипластичности оказывает тепловой фактор. При жестком закреплении образца повышение температуры будет приводить к необходимости снижения начального усилия прижима, что обусловлено тепловым расширением образца и увеличением подвижности дефектов в энергетической области квази-пласгачного удаления ПС (табл.1).

22 ^ |

I-образец; 1 ¡-поверхностный слой 2 образца; 12-внутренний объём образца; 13-пшь от обработки образца; 2-шлифовальный круг; 21-

поверхностньш слой шлифовального круга; 22-внутренний о&ъём шлифовального круга; 23-пыль от шлифовального круга; 3-державка

Рис.3. Система «инструмент-обрабатываемый материал»

Схематично система «инструмент - обрабатываемый материал» представлена на рис. 3. Введенная энергия в системе «инструмент- обрабатываемый материал» расходуется на работу силы трення. В процессе обработки образца происходит периодический нагрев в зоне обработки и пассивное воздушное охлаждение образца при выходе из зоны обработки. При увеличении поступления теплового потока в результате работы силы трения А^ происходит нагрев образца и распространение теплового потока вдоль оси 2 образца. Под действием

(5)

теплового потока q с той же периодичностью вследствие теплового расширения возрастает усилие прижима кристалла к ШК. Чтобы не допустить скола минерала, необходимо рассчитать предельно допустимое усилие прижима и установить зависимость его изменения в процессе обработки от величины поступающего теплового потока. Для расчетов необходимо знать зависимость коэффициента теплового линейного расширения от температуры и для каждого обрабатываемого минерала определять критическую температуру, при которой тепловой поток в образце достигнет критического значения.

Точный аналитический расчет распределения температуры в образце, необходимый для расчета масштабов его теплового расширения, затруднен, вследствие неточности в определении тепловых параметров на границах образца в процессе обработки. Технически проще измерять температуры «горячей» и «холодной» поверхностей, а не тепловые потоки. В качестве первого приближения распределение температуры можно определить, решая известное дифференциальное уравнение теплопроводности для неограниченной пластины с периодическими граничными условиями первого рода. Сделав замену переменных и рассматривая изменения температуры поверхности в безразмерных координатах, получим уравнение и граничные условия в безразмерном виде:

дв _ д2в dFo " 3<f

При£=0 0 = 1 при О<FO<F<)!-, 0 = 0при Fo,<Fo±Fog.

При 1 е = 0 Fo-%. Fo0 А, - - eJ0-,

где Fo -текущее значение критерия Фурье; а - температуропроводность; t -текущее время; h -толщина образца; ti- длительность периода нагрева; to - время от начала одного периода нагрева до начала другого периода нагрева; (to - ti) - длительность периода охлаждения; Foj, Foo - соответствующие значения критерия Фурье; ^-безразмерная координата; 0-безразмерная температура; х —текущая координата; То - начальная температура среды; Ti - температура поверхности нагрева при x=h.

Применяя описанное Карслоу Г., Егер Д. квазистационарное асимптотическое решение данного уравнения при к ->оо (к - количество циклов), получим: В период обработки (0<t<ti)

■V-ft-fi-ll .Vftii-i] 2 Af-lV e '''-e '°J rc\

я- И 1-е ^

В период охлаждения (/,<i</0), r*=t-t„ 0<т*<^ -/,.

9 - C-lT1 , " '"-p '"J

л в=, п 1 _ е »

Исходные данные для численного расчета в MathCAD: для лейкосапфира:

В период обработки лейкосапфира В период охлаждения лейкосапфира

В период обработки алмаза В период охлаждения алмаза

Рис. 4 Зависимость безразмерных температуры и координаты образца от времени.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований процесса поверхностной обработки моно- и поликристаллического алмазов и лейкосапфиров в режиме квазипластичности на основе современных методов регистрации акустической эмиссии, аппаратов визуализации температурных полей, точных методов контроля нанометрового рельефа поверхности, контроля качества подповерхностного слоя средствами ультразвуковой микроскопии. Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке, в состав которой входил станочный модуль с ЧПУ модели АН-15ф4. Параметры станочного модуля приведены в табл. 2.

а=8 10"7"м2/с, А =0,02 м, /, = 0,5 с, 70=5с, Р^ =102, ^ =10"э, ^ =0,9 10"2; - для алмаза: а =4,85 10"1 м2/с, А = 0,002 м, /,=0,5 с, /0=5с, ^ =550, ^ =60, ^ =600.

Графическое изображение температурных процессов при квазипластичном удалении ПС минералов приведено на рис. 4, 5.

Рис. 5.Зависимость безразмерной температуры образца от координаты. Средняя безразмерная температура в конце периода нагрева алмаза 0,5 Средняя безразмерная температура в конце периода охлаждения алмаза О, О Средняя безразмерная температура в конце периода обработки лейкосапфира 0,077 Средняя безразмерная температура в конце периода охлаждения лейкосапфира 0,042

Таблица 2 Параметры станка_

Паоаметп Величина

Число управляемых осей б

Число позиций для установки режущего инструмента и контрольно-измерительны! средств (револьверная головка) 3

Число шпинделей т 3

Дискретность задания и отработки перемещений оси X, У, «км - ось мкч - оси А, В. град. 0,05 0,05-0,03 0.0001

Максимальная величина перемещений линейная ось X, мм линейная ось У, мм линейная ось мм круговая ось А, град. 1000 300 10 90 пеогпапич.

Диапазон рабочих подач, мм/мин 0,06... 4500

Диапазон частоты вращения шпинделей, об/мни 30006000

Количество мест в сменной кассете, штук 15

Число одновременно обрабатываемых изделий, штук 5

Шероховатость обработанной поверхности Кг, мкм 0.032.. 0.05

Диаметр алмазного инструмента, мм 250

Суммарная подводимая мощность, кВт 7

В станке осуществляется динамическое импульсное воздействие зерен вращающегося инструмента на ОП кристалла, которое является результатом сло-

жения двух векторов: вектора сжимающего напряжения, определяемого потенциальной энергией сжатия, и вектора касательного напряжения, определяемого кинетической энергией. Основные направления движения частей УОС станочного модуля АН15ф4 показаны на рис.6.

Рис 6. Основные направления движения лического и натурального алмаза) в частей УОС станочного модуля АН15Ф4 режиме квазиШ1асхичности. Осциллограммы, полученные в процессе квазипластичной обработки, после выделения полезного сигнала из шумов (алгоритм осциллографического контроля приведен в диссертации) представляют собой известную из теории колебаний классическую картину биения нескольких частот (рис.7).

л

и

где А амплитуда, ш - частота, I -текущее время.

Достаточная по коэффициенту корреляции (0,8) аппроксимация осциллограмм, снятых при проведении экспериментальных исследований процесса квазипластичной обработки, может быть достигнута при использовании даже нескольких первых членов приведенной выше суммы гармонических колебаний.

а™ 5т, IV И 1м™

у, В , ,,, 1 у.В 1 : :

Рис. 7 Осциллограммы, полученные при микрошлифовании лейкосапфира и натурального алмаза.

Для монокристалла белого лейкосапфира аппроксимирующая функция периодического колебательного процесса имеет вид:

у(0 = 0,4■ сов(5,9• 103 • Г) + 0,3• со5{314 -0 + 0,6-соз(4,9103 •/). Для монокристалла желтого лейкосапфира:

у{1) = 17 ■ со8(4,9 -103 - 0 + 15 • 008(3,7-103 ■ /) + 7 -соз(20 ■ 103 ■ /) +15 • соб(3 14 • /).

21

Анализ этих выражений свидетельствует, что результирующая картина колебаний может быть представлена в первом приближении как результат взаимодействия низкочастотных колебаний с частотой около 50 Гц (частота биений шлифовального круга, вращающегося со скоростью 50 оборотов в секунду) и нескольких достаточно близких по частоте мод колебаний килогерцового диапазона. Предположительно данные частоты могут, характеризовать автоколебания микроагрегатов поверхностного слоя при разрушении кристаллической решетки материала в «твердою) и «мягком» направлениях, обусловленных расположением атомов в различных кристаллографических направлениях. Таблицы значений амплитудно- частотных характеристик, полученных при поверхностной обработке кристаллов, и осциллограммы приведены в приложении к диссертации. Статистический анализ осциллограмм на основе выявления часто повторяющихся частот колебаний выявил, что в процессе поверхностной квазипластичной обработки монокристаллов алмаза и лейкосапфира генерируются автоколебания акустического диапазона, имеющие преимущественно две частоты, предположительно соответствующие частотам колебаний участков ПС «твердого» и «мягкого» кристаллографических направлений. При квазипластичной обработке поверхности поликристаллического алмаза выявлены три частоты, предположительно соответствующие трем различным кристаллографическим направлениям зерен алмаза. С учетом приведенных во второй главе диссертации теоретических исследований было сделано предположение о том, что анизотропия кристаллического минерала приводит при внешнем воздействии к неоднородности и нарушениям когерентности, т.е. согласованности нескольких колебаний во времени, участков ПС, которая осуществляется различными релаксационными механизмами, позволяющими снижать упругую и неупругую составляющие энергии внешнего воздействия за счет выбора внутренними структурами взаиморасположения когерентных и некогерентных участков. Анализ осциллограмм колебаний,. генерируемых при обработке поверхностей кристаллов алмаза и лейкосапфира, позволил установить взаимосвязь упругих свойств кристалла и собственных частот (рис.8). Установлено автором, что частоты акустического сигнала, генерируемого образ-

Г" 0.9034

Модуль Юнга, «~10 Па

Рис. 8 Зависимость частот колебаний поверхностного слоя образца при обработке-от модуля Юнга кристаллов.

цом при обработке, не зависят от размеров образца, а связаны со свойствами обрабатываемого материала Контроль частоты колебаний, генерируемых заготовкой при поверхностной обработке в режиме квазипластичности, может служить вспомогательным средством контроля качества ОП.

На начальных этапах поверхностной обработки происходит выравнивание шероховатости, сила давления инструмента на заготовку распределяется на большее количество выступов, и удельное усилие прижима уменьшается, поэтому врезную подачу на начальном этапе обработки можно увеличить. При выравнивании шероховатости и ведении процесса обработки в полном контакте инструмента с поверхностью обрабатываемой заготовки врезная подача должна уменьшаться либо задаваться постоянной для обрабатываемого материала в зависимости от свойств материала (коэффициента упругости, коэффициента Пуассона, коэффициента теплопроводности), условий отвода тепла, типа станка, жесткости системы «инструмент-заготовка» при постоянном осциллографиче-ском контроле.

. При постоянном усилии прижима частота сигналов, генерируемых поверхностным слоем материала при его шлифовании, характеризует качество поверхности. Результаты экспериментальных исследований поверхностной обработки твердых минералов в режиме квазипластичности подтвердили .вышеприведенные утверждения. Ненарушенная поверхность лейкосапфира с шероховатостью 11^=1,95нм получена при увеличении частоты акустического сигнала (рис.10) и уменьшении амплитуды сигнала. При обработке образца поликристаллического алмаза перед появлением трещины в образце наблюдалось падение частоты сигнала и одновременно рост амплитуды сигнала (рис. 9). В диссертации приведены результаты осциллографического контроля экспериментальной поверхностной обработки остальных образцов. Взаимосвязь данных осциллографического контроля и результатов обработки поверхности аналогична приведенным выше.

Для расчета коэффициента термоупругости и оценки получения минимально возможной шероховатости была получена экспериментальная зависимость теплового расширения образца лейкосапфира и коэффициента теплового расширения от температуры при непрерывном нагреве.

Были проведены экспериментальные исследования температурного поля образца лейкосапфира в процессе обработки с использованием термографа «ИРТИС-2000» (рис.11). Результаты экспериментальных исследований показали, что наибольшему нагреву в процессе квазипластичной обработки подвергается средняя часть ПС образца. Распределение температуры цилиндрического образца лейкосапфира по радиусу (рис.12) соответствует теоретическому распределению:

Рис.9. Результаты осциллографического контроля поверхностной обработки поликристаллического алмаза (образец №3). В процессе обработки образца образовалась трещина (t - время обработки, с; /- частота автоколебаний, кГц; Р/Ро - отношение текущего усилия прижима к начальному)

g. 1Л

М «-1 DJ и 0.4 и ч v «J и 1Л 1.1

u t.i Ii и м и u и и ч и к

. Рис. 10. Результаты осциллографического контроля поверхностной обработки лейкосапфира (образец №2). Получена ненарушенная поверхность с участком шероховатости R„=1,95hm (t - время обработки, c;f— частота автоколебаний, кГц; Р/Ро - отношение текущего усилия прижима к начальному)

80 (д!0 1 80

-= а-\ —г +---

8Fo [8^ <f

О<4<1,О<0<1.

0

Т,-Т0 R t, ß.J,(ß„)

(8)

(9)

где Ро - критерий Фурье; а - температуропроводность; £, - безразмерная координата; 8-безразмерная температура; Я - радиус образца, м; г - текущий радиус, м; ^, Jí - функции Бесселя нулевого и первого порядка с коэффициентами Д,.

Для конца периода охлаждения Бо = 0,01.

Рис.11 Кадры экспериментальной тепловизионной съемки процесса обработки

,-р.; о о.5

Рис.12 Теоретическая зависимость безразмерной тем-

пературы поверхности от безразмерного радиуса обработки

Знание распределения температуры образца по радиусу позволяет оценить изменение формы поверхности образца вследствие неравномерного теплового расширения.

В проведенных исследованиях получены экспериментальные зависимости температуры отдельных участков образца при обработке от изменения врезной подачи и скорости прохода стола станочного модуля (примеры термограмм приведены на рис. 13).

Врезная подача (по оси г) 2,7 мкм Врезная подача (по оси г) 3,6 мкм

и 1 1 ь 24-

1 , 1 1, | 1

III I1 1 I I | 1 1

1 Щт т

1(11111111

1 1 1 11 : 1 1

и 1А

< 13 » 37 4? 61 73 85 97 103 111 133 1« 157 169 131 193 ЗК 217 229 241 253 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241253

Номер измерашл Номер измерения

Рис. 13 Примеры термограмм отдельных участков минерала при разной врезной подаче

Экспериментально определенные зависимости температуры ОП минерала от скорости продольного прохода стола станочного модуля, определяющей время контакта ОП с инструментом, показали незначительное влияние этого параметра на температурное поле образца. Анализ экспериментальных термограмм процесса квазипластичной обработки образца лейкосапфира при разных врезных подачах показал, что ПС разогревается значительно сильнее остальной массы образца. При режиме квазипластичной обработки основной поток тепла распространяется в ПС обрабатываемого минерала и уносится при

удалении мельчайших частиц ПС. Проведенные экспериментальные исследования на образцах алмаза и лейкосапфира показали, что одним из условий обработай поверхности в режиме квазипластичности без перехода в состояние хрупкого разрушения являются соотношения длительности периодов обработки и пассивного воздушного охлаждения (от 0,5 с до 10с - для лейкосапфира, от 0,3 с до 5с -для алмаза). Традиционное применение СОЖ при квазипластичном удалений поверхностного слоя не дало положительных результатов.

Для установления зависимости комплексного электрического сопротивления лейкосапфира от температуры были проведены дополнительные исследования. Известно, что зависимость сопротивления от температуры для диэлектриков изменяется по экспоненциальному закону. Экспериментально установленная зависимость импеданса (комплексного сопротивления) образца лейкосапфира от температуры (рис. 14) соответствует теоретической зависимости удельной электропроводности диэлектриков. Подобные измерения могут служить средством для оперативного измерения средней интегральной температуры образца непосредственно в процессе обработки с помощью вычисления импеданса (комплексного сопротивления):

»0.0 350.0 460.0 660Л 650,0 750.0 680.0 9504

т, К

Рис. 14 Зависимость импеданса образца от температуры

Т =

кт0 ъ г,

(10)

где 20 — импеданс при 20°С, Ом; Х- импеданс при температуре обработки, Ом; Ь - коэффициент пропорциональности, К.

В свою очередь знание средней температуры образца в совокупности с известной зависимостью коэффициента линейного теплового расширения и толщиной образца позволяют определить изменение его размеров в процессе обработки и соответствующим образом скорректировать величину врезной подачи обрабатывающего инструмента. Воздействие физических полей (акустического, электромагнитного) при обработке в режиме квазипластичности повышает производительность процесса обработки поскольку увеличивает подвижность дислокаций. Полностью расчеты температурных и силовых параметров процесса поверхностной обработки минералов в режиме квазипластичности приведены в диссертации.

Четвертая глава посвящена разработке системы критериев, позволяющих анализировать процесс квазипластического удаления поверхностного слоя

твердых материалов при механическом воздействии для формирования нано-метрового рельефа поверхности и содержит инженерную методику оценки параметров процесса технологической обработки, обеспечивающую выбор рациональных режимов получения поверхностей нанометрового рельефа с учетом механических и теплофизических свойств материала.

При рассмотрении тепловых процессов, сопровождающих обработку в режиме квазипластичности, автором разработаны критериальные зависимости, определяющие условия, при которых процесс обработки не будет переходить из области квазипластичности в область хрупкого разрушения.

Критерий хрупкого термического разрушения характеризует устойчивость минерала к хрупкому термическому разрушению.

Возникающие в процессе обработки минерала термические напряжения ат под действием нормальной составляющей силы прижима, определяемой врезной подачей, не должны превосходить предел прочноста минерала на сжатие. Используя формулу, описанную Гончаровым С.А., дополнительно учитывая зависимость коэффициента теплового расширения материала от температуры, получаем:

_ Я-А

2(1-/;)

д т+*АТ

«Тс*, (П)

2

где р - коэффициент линейного теплового расширения материала образца, К"1;/; - коэффициент Пуассона, Е - модуль Юнга, Па, АТ = Т-Т0, Т - температура образца, К, Та — температура среды, К, Д,- коэффициент линейного теплового расширения при 20'С. В первом приближении Р = ро{\ + кАТ). к - коэффициент пропорциональности, К"1

В результате критерий хрупкого термического разрушения для монокристаллов можно выразить как:

к-АТ2

к -

ДГ + -

<1. (12)

2

Для поликристаллов термическое разрушение происходит прежде всего за счет разницы между коэффициентами теплового расширения соседних микрокристаллов Р] и р2. Тогда критерий термического разрушения поликристаллов:

К.

<1, . (13)

где и Е2 , Л] и ¿2 - модули Юнга и коэффициенты температурной зависимости коэффициента линейного теплового расширения соседних микрокристаллов.

Следующим критерием, характеризующим тепловое воздействие на обрабатываемый минерал при поверхностной обработке в режиме квазипластичности, является критерий сохранения формы кф (рис. 15).

В процессе обработки распределение тепла по обрабатываемому минералу происходит неравномерно. Благодаря внешнему охлаждению при

Профиль при обработке _ -

обработке основному нагреву подвергается цен-

Ирцфн и. яра Еггмояннн

тральная часть ПС, непосредственно находящаяся в зоне обработки. Усилие прижима /■] и величина съема будут максимальными в центре об-Рис. 15 Форма обрабатывав- „

мого минерала при обработке Р231»' Толщина центральной части образца при

охлаждении до исходной температуры уменьшается на величину АН, м: ДА = АТср ■ /? ■ ДА < <5 , где 3 - величина подачи инструмента, м; Нц - начальная толщина образца, м; ДТср- разница между средней интегральной температурой образца в процессе обработки и температурой окружающей среды, К. Основное условие получения ОП заданной негшоскостности будет иметь вид:

■ (14)

При соответственном подборе режимов обработки, руководствуясь приведенными выше критериями хрупкого термического разрушения, можно обрабатывать минерал так, чтобы устранить негативное влияние теплового расширения минерала при поверхностной обработке.

При рассмотрении критерия хрупкого термического разрушения для выбора рациональных режимов квазипластичной обработки можно выделить ряд факторов, присущих обрабатываемому минералу, имеющих табличное значение, которые могут определяться до процесса обработки.

Е В Е■ В "к

При обозначении из формулы (32) . °.= А; , \ = В (15)

2(1-//) 4(1-//)

условие получения бездефектной поверхности при квазипластичной обработке

&процесса ■

можно представить в виде: ЛАТ +ВЛТ2= о™«,«;*, < ?сд , где тсд - предел проч-

ности на сдвиг, Па.

Критерий хрупкого термического разрушения для монокристаллов:

Л-аг+Д-4!!<!. (16)

и

Для разных материалов составлен классификатор температурных областей применения режимов обработки, при которых не будет происходить разрушение материалов. В табл. 3 приведены значения постоянных факторов для лей-косапфира, алмаза и кварца. Подобным образом рассчитаны значения коэффициентов для других материалов.

Таблица 3

Расчетные коэффициенты для выбора режимов обработки

Материал А, К'1

Лейкосапфир

|| с-оси 2124,77-Ю3 1062,385-к-Ю3

X с-оси 1470,345-103 735,1724-к-Ю3

Алмаз 3683,532-Ю6 1841,7ббк-Ю6

Кварц 822,7714-Ю3 411,3857-к-Ю3

Аналогичные преобразования делаются для критерия термического хрупкого разрушения поликристаллических минералов (13):

¿^■(Д-ДЗ-АГ -А-¿,)-АГ2 д. П7)

' Ех + Ег ' ^

Из приведенных выражений можно определить допустимые области изменения температуры при обработке в режиме квазипластичности для различных минералов.

Объективность научно обоснованных рекомендаций, разработанных в данной главе, подтверждена результатами опытно-промышленной апробации. Аналитические исследования образцов до и после экспериментов проводились на ошиче-ском интерферометре белого света Zygo (№\у Уе\у 5000) в ЦЕНИ ИОФ им. АМ. Прохорова РАН, разрешение в плоскости объекта 0,45 мкм по оси У - 1 А. Результаты выбора технологических режимов обработки твердых минералов приведены в табл. 4. Как видно из таблицы, наилучшие результаты шероховатости 2,5 нм на участке поверхности поликристаллического алмаза и 1,95 нм на участке поверхности лейкосапфира получены в процессе обработки шлифовальными кругами с разной крупностью зерна на финишной обработке при определенных режимах процесса квазипластичной обработки. Проведенные экспериментальные исследования косвенно подтвердили модель квазипластичной поверхностной обработки. При квазипластичной обработке формирование нано-метрового рельефа поверхности возможно при различной крупности зерна ШК, так как доля хрупкого разрушения при правильно подобранных режимах обработки минимальна (рекомендации по выбору режимов обработки приведены в приложении к диссертации).

По результатам проведенных экспериментов было установлено, что качество поверхности обрабатываемого материала определяется величиной контактных напряжений на микронеровностях, характеризуемых врезными подачами, максимальное значение которых (0,05 мкм для алмаза; 0,03 мкм для лейкосапфира) в области стабильных частот (0,6 кГц для лейкосапфира, 3,5 кГц для алмаза), генерируемых системой «инструмент - обрабатываемый материал» в процессе квазипласшчного удаления поверхностного слоя, обеспечивает наилучшую производительность обработки материала в режиме квазипластичности

от 50 нм/ход до 1 нм/ход в зависимости от заданных выходных параметров с получением поверхности нанометрового рельефа (Ra = 2,5 нм для поликристаллического алмаза, Ra =1,9 нм для лейкосапфира).

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан технологический регламент, который обеспечивает обработку в режиме квазипластичности с пассивным воздушным охлаждением плоских поверхностей лейкосапфира с ориентацией для солнечных батарей, удовлетворяющих требованиям ISO 9000 для последующего эпитаксиального наращивания гетероструктур на такие поверхности. При обработке исходной заготовки (диаметр 52,6мм, толщина 0,375 ± 0,007мм) суммарное машинное время при обработке каждой поверхности на шлифовальном станочном модуле АН15ф4 складывается из машинного времени трех технологических переходов, при максимальной величине припуска 125мкм. При этом: на первом технологическом переходе удаляется максимальный припуск 53,6 мкм за 322 с, на втором технологическом переходе удаляется максимальный припуск 66,4 мкм за 399 с, на третьем технологическом переходе удаляется максимальный припуск 5мкм за 249с. Фотографии обработанных поверхностей алмаза и лейкосапфира приведены на рис.16.

Таблица 4

Результаты обработки поверхностей по разработанной методике выбора режимов обработки

Наименование обрабатываемого минерала Число экспериментов Зернистость ШК финишной обработки, мкм Полученная минимальная шероховатость, Rs.hm Наличие разрушения

Сапфир 15 5-7 99 да

Поликристаллический алмаз 25 14-20 50 нет

Сапфир 28 2-3 1,946 нет

Поликристаллический алмаз 14 14-20 2,5 пег

Поликристаллический алмаз 7 14-20 18 да

В таблице приведены результаты обработки экспериментальных партий по каждому материалу при выборе режимов обработки. В диссертации приведены технологические параметры настройки оборудования и режимов обработки каждой опытной партии.

• Пятая глава посвящена возможности автоматизации процесса. Для получения заданных выходных параметров в процессе обработки необходимо осуществлять текущий постоянный контроль процессов деформаций УОС. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали, что наиболее существенное влияние на процесс поверхностной обработки в режиме квазипластичности оказывают контактные напряжения, характеризуемые усилиями прижима обрабатывающего инструмента и зависящие от температуры в зоне

контакта и анизотропии материала. Процесс квазипластичной обработки сопровождается автоколебаниями системы «инструмент-обрабатываемый материал», которые можно использовать для активного контроля процесса обработки.

Постоянный контроль текущей амплитуда сигнала позволяет контролировать усилие прижима. Частота сигнала позволяет контролировать шероховатость ОП, т.к. согласно принятой теоретической модели характеризует величину снимаемых частиц ПС (мезообъемов). При поверхностной обработке анизотропных твердых материалов собственные частоты колебаний частиц ПС зависят от кристаллографических направлений ОП. Диапазон генерируемых частот, наиболее характерных для обрабатываемого материала, позволяет оценить упругие свойства материала в направлении поверхностной обработки («твердое» или «мягкое» направление).

I-1

Рис. 16. Обработанные поверхности алмаза и лейкосапфира

а) натуральный алмаз (обработанная и необработанная поверхности);

б) монокристалл лейкосапфира (диаметр 31 мм)

в), г) натуральный алмаз (показаны прошлифованные включения алмаза в алмазе в «твердом» направлении);

д) отшлифованная подложка ИМС из лейкосапфира

Частотный контроль акустического сигнала производится путем анализа осциллограмм за вычетом собственных колебаний системы, выходящих за пределы собственных колебаний элементов ПС. Для идентификации автоколебаний, относящихся к воздействию на мезообъемы ПС, необходимо учесть технические «шумы», не относящиеся к процессу микрошлифования. Для осуществления процесса обработки в режиме квазипластичности после достижения полного контаю-а заготовки с ШК контактные напряжения поддерживаются постоянными в пределах (0,1-10)-105 МПа в зависимости от свойств заготовки, условий отвода тепла, типа станка, жесткости системы «инструмент-заготовка». Аку- 4 стический сигнал, генерируемый в процессе квазипластичной обработки поверхности минералов, может использоваться не только для контроля качества ОП, но и для управления процессом обработки. При изменении кристаллографического направления ОП управление врезной подачей может производиться в соответствии с изменением частоты акустического сигнала, генерируемого заготовкой при поверхностной обработке. Как только в процессе обработки происходит падение частоты акустического сигнала, генерируемого заготовкой, необходимо осуществлять управляющее воздействие по снижению усилия прижима. Увеличение частоты акустического сигнала, генерируемого в процессе шлифования обрабатываемым материалом, после дополнительной тарировки по величине заданной шероховатости в соответствии с техническими возможностями оборудования, может служить сигналом к окончанию процесса шлифования при достижении заданной шероховатости обрабатываемой поверхности. Осциллографический контроль процесса обработки позволяет осуществлять контроль тепловых параметров. Увеличение врезной подачи, увеличивающее силу трения и, как следствие, вызывающее повышение температуры в зоне резания, отражается в осциллограммах процесса. Путем измерения импеданса системы (10) стр. 26, являющегося функцией температуры, можно контролировать тепловые процессы, сопровождающие шлифование твердых кристаллических материалов.

Осциллографический контроль процесса обработки, а также совмещение его с тестовыми методами, дают возможность косвенного контроля тепловых параметров. Тестовые методы увязывают статическую (характеризующую выходные размерные параметры) и динамическую (характеризующие шероховатость ОП) составляющие упругой деформации в УОС путем проведения вычислений соответствующих параметров.

В основу диагностирования обработки твердых хрупких материалов электронной техники были положены зависимости процесса микрошлифования металлов, изложенные в работах A.C. Чубукова, в которых основным параметром для диагностирования процесса микрошлифования рассматривается время переходных процессов резания в УОС. Время переходных процессов резания Тп

характеризует время перехода из одного стационарного состояния в другое стационарное состояние и является параметром, характеризующим факторы воздействия на УОС: площадь контакта режущего инструмента изделия, изменение режущей способности ШК, свойства обрабатывающего и обрабатываемого материалов, жесткость УОС. Время переходных процессов Т„ характеризует поведение УОС как в статаке, так и в динамике. Идентифицируя Т„ в любой момент можно контролировать фактические выходные параметры обработки (размер и шероховатость) в реальном масштабе времени.

Ввод параметров образца

Ввод параметров начального режима обработки

Задаште выходных параметров обработки

■ Квазипластичная обработка образ-

Оценка результатов обработки

Сопоставление заданных и выходных параметров по шероховатости

Возможное изменение режимов обработай

/1 . А\

АЧХ шероховатость, усилие прижима (1) Термоупругие напряжения (11), (12), (13), Тестовые методы (18), (19), (20) Неплоскостность (14)

Контроль процесса обработки в реальном времени обработки

Рис. 17. Концептуальная модель квазипластичной поверхностной обработки твердых материалов Модель диагностирования параметров размерно-регулируемого микрошлифования включает в себя анализ уравнений: (18), являющегося решением уравнения шлифования, описанного в работах Михелькевича В.Н., (19), определяющего статическую составляющую упругой деформации в установившемся режиме обработки (д.т.н. Сильченко О.Б.), (20), выполненного автором диссертации, определяющее фактическую динамическую составляющую упругах деформаций в УОС.

Выбор значения модуля упругости для гвердого направления

Выбор значения с ла

модуля упругости

для мягкого направ-

ление

Вычисление критерия термических напряжений с учетом

температуры обработки в реальном масштабе времени

ч

Продолжение обработки

Рис.18. Блок -схема процедуры контроля колебаний образца при обработке

где Д, - упругая деформация, накапливаемая в УОС, мкм; 60 -исходная врезная подача, мкм; д -знаменатель затухания врезной подачи по закону геометрической прогрессии; N - количество проходов; т - время одного прохода, с; Т - время переходных процессов, с.

' Систему уравнений непрерывно в реальном времени анализируют численными методами в устройстве ЧПУ (на базе персонального компьютера) шлифовального станка путем соответствующей переработки информации об упругих деформациях в УОС, поступающей с пьезоэлектрических датчиков. На основании анализа информации постоянно, в реальном масштабе времени обработки, диагностируют основные технологические параметры поверхностной обработки автономно на каждом отдельном изделии как при индивидуальной, так и при групповой обработке. Анализ температурного и частотного параметров, связанных между собой, позволяет принимать адаптивные действия по смене режимов обработки, препятствующие хрупкому разрушению обрабатываемого минерала. Принимая температурный и частотный параметры в качестве управляющих параметров для автоматизации процесса квазипластичпой поверхностной обработки, автором разработана концептуальная модель процесса механической обработки поверхности твердых минералов в режиме квазипластичности (рис.17).

Блок-схема процедуры контроля колебаний образца при обработке, составленная автором, представлена на рис. 18. В диссертации представлена блок-схема алгоритма автоматизированного выбора рациональных режимов размерного шлифования изделий из твердых материалов.

Шестая глава посвящена оценке эффективности и перспективам развития способа удаления ПС твердых минералов в режиме квазипластичности при их обработке с получением нанометрового рельефа поверхности.

Способ обработки твердых материалов в режиме квазишгастичносга является перспективным для автоматизации процесса обработки, поскольку имеет возможности осуществления диагностики процесса различными аппаратными средствами, дополнительного контроля качества обрабатываемых изделий и групповой обработки изделий из твердых материалов. Способ может быть применен для серийного производства изделий микро-наноэлектроники, медицины и других технологических изделий в области нанотехнологий.

Экономический эффект достигается за счет получения на этапе алмазного шлифования поверхности обрабатываемых твердых материалов шероховатости нанометрового уровня при минимуме дефектов, привнесенных технологическим процессом обработки по сравнению с существующим шлифованием лей-косапфировых пластин свободным и связанным абразивом.

Например, достигнутый в настоящее время в России технический уровень алмазного шлифования сапфировых подложек обеспечивает получение уровня шероховатости 100 -200нм. Финишная обработка полученных полуфабрикатов твердых хрупких материалов до необходимой шероховатости осуществляется в основном зарубежными фирмами. Стоимость полуфабрикатов, отправляемых на финишную обработку напрямую зависит от шероховатости ОП, Использование предложенной технологии позволит сократить количество технологических операций, а в некоторых случаях - исключить операцию полировки, что позволит не только сократить брак и снизить себестоимость заготовок, но и увеличить продажную цену заготовок после алмазного шлифования. Сравнительная стоимость лейкосапфировых пластин на различных этапах обработки по базовой и предлагаемой технологиям, полученная на основании исследования конъкжтуры рынка, приведена на рис. 19.

ПОЭТАПНАЯ стоимоаъ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕЙКОСАПФИРОВОЙ ПЛАСТИНЫ (11.12) ДИАМЕТРА 150ММ ПО ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ПОЭТАПНАЯ СТОИМОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕЙКОСАПФИРОВОЙ ПЛАСТИНЫ (11.12) ДИАМЕТРА 150ММ ПО БАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Рис.19. Сравнительная стоимость этапов обработки лейкосапфировых пластин Поскольку традиционное применение СОЖ при квазипластичном удалении поверхностного слоя не дало положительных результатов, для повышения производительности поверхностной обработки твердых хрупких минералов перспективно применение устройств принудительного воздушного охлаждения, охлаждения жидким азотом.

Кроме того, проведенные автором исследования позволяют высказать предположение о рассмотрении квазипластичности твердых хрупких минералов, как отдельного фазового состояния, возникающего в момент обработки при определенных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе дано новое решение актуальной научной проблемы обработки поверхностного слоя твердых хрупких материалов для создания нанометрового рельефа поверхности - физико-техническое обоснование параметров квазшшастичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических материалов при их механической обработке для соз-

дания нанометрового рельефа поверхности, имеющее важное значение для использования этих материалов при изготовлении высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий в машино- и приборостроении, микроэлектронике, медицине, светотехнике, ювелирной и других отраслях промышленности, а именно:

1. Разработаны теоретические положения, описывающие закономерности процесса квазшгаастичной обработки с пассивным воздушным охлаждением поверхностной твердых хрупких кристаллических материалов (алмаза, лейкосапфира).

2. Разработана методология формирования нанометрового рельефа поверхности и активного контроля процесса квазипластичной обработки на основе выделения и оценки информативных характеристик процессов, сопровождающих квазипластичное удаление поверхностного слоя, т.е. поверхностную обработку твердых хрупких кристаллических материалов (алмаза, лейкосапфира).

3. Предложена классификация состояния поверхностного слоя минерала при механическом воздействии по величине удельной энергии при обработке в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя осуществляется при величине удельной энергаи в интервале от предела 'потенциала Пайерлса (для лейкосапфира ЗДж*м"3), соответствующего началу движения дислокаций, до хрупкого разрушения (для лейкосапфира 605 кДж* м~3).

4. Разработана система тепло-физических, и прочностных критериев, позволяющих анализировать процесс квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых минералов при механическом воздействии, использование которых обеспечивает возможность выбора рационального диапазона технологических параметров процесса механической обработки твердых минералов с получением нанометрового рельефа поверхности.

5. Разработана модель квазипласгачного удаления поверхностного слоя твердых хрупких минералов при их обработке на основе определения напряженно-деформированного состояния точек поверхностного слоя под действием распределенной нагрузки в интервале допустимых контактных напряжений, для получения нанометрового рельефа поверхности, составляющем доли процента от величины предела прочности минерала на растяжение.

6. Сформулировано, что при квазипластичном удалении поверхностного слоя твердого материала для получения заданного качества поверхности при расчете контактных напряжений необходимо учитывать влияние теплового расширения, которое определяется влиянием интегральной средней температуры по объему образца и практически не зависит от более высокой температуры поверхностного слоя. Проведенные экспериментальные исследования на образцах алмаза и лейкосапфира показали, что одним из условий проведения обработки поверхности в режиме квазипластичности без перехода в состояние хрупкого

разрушения является соотношение длительности периодов обработки и пассивного воздушного охлаждения (от 0,5с до Юс - для лейкосапфира, от 0,3с до 5с - для алмаза)

7. На основании проведенных экспериментальных исследований, проведенных на предприятии «Анкон-Е.М.», установлено, что спектры акустических сигналов, генерируемых системой «инсгрумент-обрабатываемый материал» в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя, находятся в кило-терцовом диапазоне и являются совокупностью колебаний, специфичных для каждого исследуемого материала. При поверхностной обработке в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя алмаза и лейкосапфира установлена прямо пропорциональная зависимость частот генерируемого акустического сигнала от модуля упругости (Юнга) для различных кристаллографических направлений, которая не связана с размерами образца и может быть использована при диагностике неоднородностей упругих свойств поверхностного слоя в процессе механического воздействия и связанного с ними необходимого изменения усилия прижима инструмента.

8. Разработан рациональный диапазон технологических параметров для получения нанометровой шероховатости поверхности твердых хрупких кристаллических материалов при квазипласгичном удалении поверхностного слоя на этапе алмазного шлифования, определяющийся критерием хрупкого термического разрушения для обрабатываемого минерала и пределом прочности на сдвиг.

9. Разработана концептуальная модель квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов на основе предложенного комплекса критериев (прочностных, тенлофизических и упруго-механических), которая представляет возможность автоматизации процесса поверхностной обработки в режиме квазипластичности для серийного производства изделий с нанометровым рельефом поверхности, с использованием в качестве управляющего параметра процесса обработки акустического сигнала, генерируемого системой «инструмент - обрабатываемый материал».

10. На основании проведенных экспериментальных исследований, проведенных на предприятии «Анкон-Е.М.», было установлено, что для получения высококачественной поверхности нанометрового рельефа на этапе алмазного шлифования твердых хрупких кристаллических материалов (алмаз, лейкосап-фир) в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя, необходимо уменьшать усилие прижима при уменьшении собственной частоты сигнала, генерируемого системой «инструмент - обрабатываемый материал» .

11. На основании проведенных автором настоящей работы экспериментальных исследований на предприятии «Анкон-Е.М.» было установлено, что качество поверхности обрабатываемого материала определяется величиной кон-

тактных напряжений на микронеровностях, определяется величиной контактных напряжений на микронеровностях (характеризуемых врезными подачами, максимальное значение которых 0,05 мкм для алмаза; 0,03 мкм для лейкосап-фира) в области стабильных частот (0,6 кГц для лейкосапфира, 3,5 кГц для алмаза), генерируемых системой «инструмент - обрабатываемый материал» в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя, обеспечивает наилучшую производительность обработки материала в режиме квазипластнчпости от 50нм/ход до 1нм/ход в зависимости от заданных выходных параметров с получением поверхности нанометрового рельефа.

12. Составлены алгоритмы для управления в автоматическом режиме процессом поверхностной обработки твердых материалов с получением поверхности заданного качества, которые были реализованы на предприятии «Анкон-Е.М.» при обработке поликристаллического алмаза и лейкосапфира на станочном модуле АН15ф4 с числовым программным управлением.

13. Предложены технические решения, позволяющие непосредственно в процессе квазипластичной обработки оценивать динамику изменения шероховатости поверхности образца по соотношению тангенциальных и нормальных усилий прижима на образец со стороны обрабатывающего инструмента и по изменению параметров собственных колебаний постоянной частоты системы «инструмент - обрабатываемый материал». Предложены перспективные методы повышения производительности процесса квазилластичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких материалов с применением воздействий магнитного, электрического и акустического полей, а также их сочетания. Предложенные решения находятся в стадии оформления заявки на патент.

14. По результатам экспериментальных исследований внесены корректировки в методику настройки оборудования, при обеспечении выбора параметров настройки приводов, траектории обработки, при назначении режимов обработки для получения нанометрового рельефа поверхности при квазипластичном удалении поверхностного слоя для станочного модуля АБ15ф4 с ЧПУ.

15. Научные результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, положены в основу рекомендаций по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей моно - и поликристаллических алмазов и лейкосапфира в режиме квазипластнчпости, применение которых в производственном процессе на предприятии «Анкон-Е.М.» позволило получить плоские поверхности поликристаллических алмазов с шероховатостью Да=18 нм, Ка=2,5 нм, и плоские поверхности монокристаллов лейкосапфира с шероховатостью Да=1,9 нм (опытная партия в количестве 28 штук).

16. Намечены дальнейшие пути интенсификации, т.е. повышения производительности и качества обработки твердых хрупких минералов с поверхностью

нанометрового рельефа, включающие в себя: совершенствование системы охлаждения, разработку оперативного контроля шероховатости поверхности в процессе квазипластичной обработки, воздействия электрическими, магнитными, акустическими полями на зону обработки поверхности минерала.

По теме диссертации опубликованы:

в научных журналах, рекомендованных ВАК и материалах международных конференций:

1. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Коныпин А.С. Анализ путей повышения эффективности обработай алмазов. - ГИАБ. - 2000. - №9.- С. 184-187.

2. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Коныпин А.С, Технологические аспекты диагностики бездефектной обработки кристаллов. - ГИАБ. - 2000. -№11.- С.218-220.

3. Коныпин А.С., Сильченко О.Б., Теплова Т.Б. Обработка твердострукгурных минералов резанием на шлифовальных станочных модулях с ЧПУ с применением новой технологии. - Горные машины и автоматика. - 2001.-№ 11. - С.31-33.

4. Сильченко О.Б., Теплова Т.Б., Морозов В.И. Тестовые методы диагностирования параметров квазипластичного шлифования кристаллов / Мат-лы конф. «V Юбилейная Школа Геомеханики». - Польша, Устрань, 16-19 ноября 2001г.

5. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Диагностирование параметров пластичного микрошлифования в мезообьемах/ Мат-лы X Международного симпозиума «GEOTECHNIKA - GEOTECHN1CS» Польша, Устрань, 15-18 октября 2002г. - С 127-135.

6. Коныпин А.С., Теплова Т. Б., Соловьев В.В. Особенности микрошлифования кристаллов лейкосапфира на станочном модуле с числовым программным управлением. -ГИАБ. -2005. -№3. - С. 52-56.

7. Теплова Т.Б., Коныпин А.С., Соловьев В.В., Ашкинази Е.Е. О выборе рациональных режимов процесса микрошлифования монокристалла лейкосапфира. - ГИАБ. - 2005. -№9.-С. 76-83.

8. Теплова Т.Б., Гридин О.М., Петрошок Ю.С., Левин В.М. О перспективах применения ультразвуковой микроскопии для оценки качества кристаллов после микрошлифования на станочном модуле с ЧПУ. - ГИАБ. - 2005. - №11. - С. 124-129.

9. Коныпин А.С., Теплова Т.Б., Переселенкою Е.И., Проектирование технологического процесса огранки ювелирной вставки из алмаза со сферической гранью на станочном модуле с ЧПУ. - ГИАБ. - 2005. - №5. - С. 258-262.

10. Теплова Т. Б., Могирева Е.С., Переселенкова Е.й. Методы принятия решений создания алгоритма автоматического выбора рациональных режимов шлифования для размерно-регулируемой обработки твердых материалов/ XLIV Sympozjonu ptmts Modeli-rowanie w mechanice ,Wisla, 2005.- C. 443-450.

11. Теплова Т. Б., Коныпин А.С., Гридин О.М. Осциллографический метод контроля процесса микрошлифования на станочном модуле с ЧПУ. - ГИАБ. - 2005. - №10. - С. 8488.

12. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Могирева Е.С. Разработка модели и алгоритма автоматического выбора рациональных режимов шлифования для размерно-регулируемой обработки твердых минералов/ XLW Sympozjonu ptmts Modelirowanie w mechanice, Wisla, 2005.-C. 407-412.

13. Ашкинази E.E., Коньшин A.C, Теплова Т. Б. и др. Получение лейкосапфировых подложек с критически контролируемыми параметрами шероховатости нанометровой величины/ Международный симпозиум «Образование через науку», Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 17-19 мая 2005г.

14. Теплова Т. Б., Могирева Е.С. Разработка алгоритма осциллографического контроля качества поверхности при размерно-регулируемом шлифовании / International Scientific

Conference; 55th anniversary of founding the Faculty of Mechanical Engineering of VSB Technical University of Ostrava, Czech Republic, September 7-9,2005r.

15. Обработка поликристаллических CVD алмазов в упругой обрабатывающей системе, Е.Е.Ашкинази, В.Г.Ральченко, А.С.Коныпин, Т. Б. Тсплова и др. / Породоразру-шшощий и металлообрабатывающий инструмент - .техника и технолоши его изготовления и применения / Сборпик научных трудов - Киев, ИСМ им.В.Н.Бакуля, выпуск 8, 2005г.- С.216-220.

16. Теплова Т. Б., Самерханова A.C. Тетщенции развития применения твёрдых высокопрочных минералов в микроэлектронике, медицине и ювелирных изделиях. - ГИАБ. -

2006. -№10. -С. 338-346.

17. Гридин О.М., Теплова Т. Б., Самерханова А. С. Исследование зависимости диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления лейкосапфира от температуры. -ГИАБ,-2007. - №4. С. 365-370.

18. Теплова Т.Б., Самерханова A.C. Обзор методов контроля дефектности твердых материалов. - ГИАБ. - 2007. - №5. - С. 365 - 369.

19. Теплова Т.Б. Конынин A.C., Гридин О.М., Плотников С.А. Влияние теплового расширения на качество плоских поверхностей монокристалла лейкосапфира. - ГИАБ. -2006-№11, С. 345-350.

20. Теплова Т.Б. Самонастраивающееся управление со стабилизацией выходных параметров обработки на основе диагностирования параметров пластичного резания в мезо-объемах. - ГИАБ. - 2002. - №5. - С. 157-161.

21. Теплова Т. Б. Шлифование поверхностей в режиме пластической деформации как способ получения твердых минералов с заданной шероховатостью / Мат -лы XI Международного симпозиума «GEOTECHNIKA - GEOTECHNICS » Польша, Устрань, 19-22 октября 2004г. - С 86-93.

22. Теплова Т. Б. Перспективы технологии размерно-регулируемого шлифования твердых высокопрочных материалов. - ГИАБ.-2005. -№1. - С. 90-94.

23. Теплова Т.Б. Энергетические особенности процесса микрошлифования твёрдых кристаллов. - М. - ГИАБ. - 2006. -Ks12. - С. 326-333.

24. Теплова Т.Б. Учет акустических и температурных параметров при определении управляющих параметров микрошлифования твёрдых материалов. - ГИАБ. - 2007. -№1. С. 103-104.

25. Теплова Т.Б. Функциональная управляющая модель процесса механической обработки поверхностей твёрдых материалов, обеспечивающая получение шероховатости на-номегрового уровня. - ГИАБ. - 2007. -№1. - С. 357-359.

26. Теплова Т.Б. Теоретическая интерпретация процесса размерно-регулируемого микрошлифования твёрдых материалов. - ГИАБ. - 2007. -№2. - С. 363 - 370.

27. Теплова Т.Б. Учет упругих постоянных упругой обрабатывающей системы при микрошлифовашш твёрдых материалов. - ГИАБ. - 2007. - №3. - С. 351 -354.

28. Теплова Т.Б. Физические процессы при механической обработке твердых минералов на ультразвуковых частотах. - Горный журнал. - 2007. - №1. - С.45-47.

29. Теплова Т.Б. Тепловые процессы при механической обработке твердых минералов. - Горный журнал. - 2007. - №12. - С. 42-45.

30. Теплова Т.Б. Анализ энергетических и силовых параметров усталостного разрушения поверхностного слоя твердых минералов ври механическом воздействии. - ГИАБ. -

2007. - №7. - С.91 - 98.

31. Теплова Т.Б. Частотные характеристики минералов при поверхностном разрушении под воздействием периодического механического поля. - ГИАБ. - 2007. - №4. - С 370 -373.

32. Теплова Т.Б. Критерии квазипластичного режима при направленном поверхностном разрушении твердых материалов. - ГИАБ. - 2007. - № 4. С. 241 - 243.

33. Теплова Т.Б. Особенности взаимодействия инструмента и твердых материалов при направленном разрушении поверхностного слоя. - ГИАБ. - 2007. - № 4, - G.180 -181.

34. Теплова Т.Б. Исследование возможности обработки хрупких твердых кристаллических материалов электронной техники в режиме квазипластичности для совершенствования качества обрабатываемой поверхности. - Нано-и микросисгемная техника. -2008,-№2. -С. 45-47

35. Теплова Т.Б. Физико-технологические принципы получения нанометрового рельефа поверхности при обработке твердых хрупких материалов электронной техники. - Нано-и микросистемная техника. - 2008. -№7. -С. 33-37.

36. Теплова Т.Б. Контроль качества обрабатываемой поверхности в процессе квазипластичной обработки твердых хрупких минералов. - Контроль. Диагностика. 2008. -№9. -С 25-27.

37. Теплова Т.Б. Диагностирование процесса формирование бездефектной поверхности нанометровой шероховатости на основе синтеза физико-технических процессов обработки поверхности. - СГИН,-2009.-№4.-С40.

38. Теплова Т.Б. Физико-технологические принципы получения нанометрового рельефа поверхности при обработке твердых хрупких материалов электронной техники.- СТИН.-2009.-№5.-€34-40.

39. Tatiana В. Teplova," The modelling of thermal processes at the mechanical grinding of hard materials", Materialy konferencyjne, XLVI Sympozjon PTMTS "Modelowanie w mechanice", Politechnika Slaska, Katedra Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej, Gliwice 2007, s. 31-35.

В других изданиях:

40. Теплова Т.Б., Сильченко О.Б., Конышш A.C. Технологическая диагностика размерно - регулируемого критически бездефектного микрорезания натуральных алмазов на станках с 411У / Тез. Международной науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии».- Иваново. - 2001. - С.222.

41. Обработка алмазных пластин, выращенных в СВЧ плазме до наноразмерных величин микроперовностей Ашхинази Е.Е., Ральченко В.Г., Коньшин A.C., Теплова Т. Б. и др. Научно-техническая конференция «Аэрокосмические технологии» Реутов ФГУП «НПО машиностроения)^ мая 2005г.- С. 127

42. Теплова Т. Б., Физическая модель процесса размерного квазипластического обработки твердых минералов / Тез. Международной науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии)).- Иваново.- 2005,- С.158.

Условные обозначения

имс Интегральные микросхемы

оп Обрабатываемая поверхность

УОС Упругая обрабатывающая система

ПС Поверхностный слой

СОЖ Смазочная охлаждающая жидкость

УОС Упругая обрабатывающая система

ЧПУ Числовое программное управление

Подписано в печать 29 ОЗ Формат 60x90/16

Объем 2, ЛГ печ.л. Тираж экз Заказ № -ЗО?

ИД ООО «Ролике». 141006, г. Мытищи, Московская обл., Олимпийский пр-т, 30/17. Отпечатано ИД ООО «Ролике».

Введение.

Глава!. Анализ работ в области поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов и обоснование методики исследований.

1.1 .Перспективы применения твердых хрупких материалов в промышленности.

1.2. Новый подход к обработке твердых материалов.

1.3. Обзор механизмов и критериев разрушения твердых материалов.

1.4. Особенности процесса разрушения поверхностного слоя при механической обработке твердых хрупких кристаллических материалов

1.4.1. Требования к точности и чистоте изделий из твердых хрупких материалов.

1.4.2. Обзор методов обработки алмазов и других твердых материалов.

1.4.3. Физическая сущность процесса шлифования алмазов.

1.4.4. Особенности обработки твердых высокопрочных материалов для микроэлектроники.

1.5. Требования к повышению качества обработанной поверхности и производительности процесса поверхностной обработки.

1.6. Перспективные способы поверхностной обработки и физические модели для совершенствования процесса поверхностной обработки твердых материалов.

1.6.1. Шлифование твердых хрупких материалов в режиме квазипластичности.

1.6.2. Прецизионные процессы разрушения с точки зрения физической мезомеханики.

1.6.3. Особенности пластической деформации в поверхностных слоях деформируемого твердого тела.

1.6.4.Модель пластичного деформирования мезообъемах твердоструктурных хрупких минералов в процессе их размерно

Глава 2. Модель процесса поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов в периодически воздействующем термомеханическом поле с получением поверхности нанометрового рельефа

2.1. Классификация состояния поверхностного слоя минерала при его механической обработке по величине удельной энергии воздействия

2.2. Феноменологическое описание процессов поверхностной обработки твердых кристаллических материалов в режиме квазипластичности

2.3. Математическая модель механического воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность твердого хрупкого минерала при квазипластичной поверхностной обработке.

2.4. Модельное представление квазипластичного динамического воздействия > инструмента на обрабатываемый твердый кристаллический минерала

2.5. Моделирование тепловых процессов- вг системе «инструмент-обрабатываемый материал» при поверхностной' обработке в режиме квазипластичности'.

2.6. Автоколебания системы «инструмент-обрабатываемый материал» при поверхностной обработке твердых хрупких минералов в режиме квазипластичности.

2.7. Тестовые методы идентификации динамических параметров упругой обрабатывающей системы

2.8. Влияние технологических факторов на формирование нанометрового рельефа поверхности твердых хрупких кристаллических материалов при квазипластичной обработке.

Выводы. регулируемого микрорезания.

Выводы. Формулировка цели и задачи исследования,

Глава 3 . Экспериментальные исследования процесса-удаления; поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических минералов»в режиме квазипластичности . . . . . . ., . . . . . . . . . . 132? 3.1. Методика проведения^ экспериментальных исследований

3.1.1. Цели и задачи эксперимента

3.1.2. Объект исследования . . . . . . ., . . . . ., . •. . 133 .1.3; Оборудование и инструмент используемый при-исследовании . .,.134! 3.1.4. Планирование и порядок проведения экспериментов

3.2. Ход и. результаты экспериментальных исследований

3.2.1. Исследование крэффициента теплового расширения

3.2.2. Исследование импеданса образца от температуры . . . *.

3.2.3. Определение коэффициента упругости обрабатывающей системы,.,

3.2.4. Анализ амплитудно-частотных характеристик в процессе обработки171 3 .3. Обсуждение и оценка результатов экспериментальных' исследований;. 173 ^Оыводы*■ •<, ••>' • т- ф,,. Фг. ф. г- Ф.-> «л. * «. Ф>^ Ф- • .1 Ф,. * Ф. Ф> «I-- .198*

Глава 4. Исследование механических и физико-технических процессов квазипластичной; обработки и определение параметров оборудования;, обеспечивающих.повышение качества непроизводительность процесса201?

4.1. Анализ факторов, влияющих на качество и производительность процесса поверхностной обработки в режиме квазипластичности . . . . . 201'

4.2. Выборш оценка критериев, обеспечивающих получение поверхности нанометрового рельефа при удалении поверхностного слоя твердых хрупких минералов и материалов в режиме квазипластичности

4.3. Назначение начальных режимов обработки и критериальные зависимости изменения параметров Bv процесса обработки

4.4. Методика выбора рациональных режимов поверхностнош квазипластичной для различных материалов;. . . . . . . . . . .

4.5. Результаты апробации методики выбора рациональных режимов поверхностной обработки твердых хрупких минералов.

Выводы.

Глава 5 Исследование возможности автоматизации процесса поверхностной обработки твердых хрупких материалов в режиме квазипластичности с получением нанометрового рльефа поверхности

5.1. Возможность применения квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких материалов для серийного производства подложек интегральных микросхем (ИМС).

5.2. Анализ возможности применения существующих методов, технологической диагностики для обработки твердых высокопрочных материалов.-.

5.3. Управляющие и контролируемые параметры процесса поверхностной квазипластичной обработки при серийном производстве.

5.4. Методы и- средства контроля параметров процесса поверхностной обработки'.

5.4.1. Осциллографический метод контроля.

5.4.2.Применёние тестовых методов для диагностирования' процесса' размерного микрошлифования на станочном модуле с ЧПУ.

5.4.3. Контроль тепловых параметров процесса поверхностной обработки 2405.4.4. О перспективах применения ультразвуковой микроскопии для оценки качества кристаллов после поверхностной обработки.

5.5. Использования акустического сигнала, генерируемого материалом- во время обработки, для оперативного контроля качества обрабатываемого материала и управления процессом обработки.

5.6. Разработка модели и алгоритмов управления процессом поверхностной обработки в режиме квазипластичности.

Выводы.

Глава 6 Перспективы развития квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких минералов.

6.1. Обзор рынка ювелирных изделий и изделий для микроэлектроники

6.2. Тенденции развития применения твердых хрупких минералов и материалов в микроэлектронике, светотехнике и полупроводниковой промышленности.

6.3. Оценка потребности квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических минералов и материалов для производства высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий.

6.4. Сравнительная характеристика этапов обработки по базовой и предлагаемой технологии.

Выводы.

Актуальность работы.

Обработка материалов является одной из важнейших отраслей деятельности человека и лежит в основе различных отраслей промышленности. Наряду с металлами в настоящее время все большее применение находят минералы. Кроме традиционных сфер применения в строительстве и ювелирной промышленности, минералы, особенно в форме кристаллических образований (кристаллов), находят широкое применение при производстве высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий.

Однако поверхностная обработка минералов в отличие от металлов- имеет свои особенности, связанные с широким разбросом физических свойств минералов, их анизотропией, наличием включений и других особенностей' их строения. В связи с этим при шлифовании минералов использование основных» закономерностей шлифования металлов! требует введения дополнительных эмпирических коэффициентов, учитывающих свойства минерала. Перенесение зависимостей шлифования, полученных при' обработке одного минерала, на обработку другого минерала часто, бывает нецелесообразным из-за различных физических свойств этих минералов. Поэтому актуальным является новый подход к шлифованию минералов как к удалению поверхностного слоя обрабатываемого материала без разрушения» его основного объема с учетом основных закономерностей разрушения горных пород и минералов*и основных физических свойств обрабатываемого минерала, оказывающих существенное влияние на процесс обработки и выход годной продукции.

Расширение области применения минералов (в том числе кристаллов) ставит задачу их поверхностной обработки с заданными выходными параметрами» для различных сфер применения. Технологический процесс формообразования поверхности при обработке минералов можно рассматривать как процесс удаления поверхностного слоя (ПС) материала с формированием поверхности заданной шероховатости и неплоскостности. Особое значение приобретает качество обработки поверхности с минимизацией отходов сырья для применения кристаллической формы минералов, в том числе алмаза и лейкосапфира, в микроэлектронике при изготовлении подложек интегральных микросхем (ИМС). В настоящее время полупроводниковые схемы на лейкосапфировых подложках изготавливаются с применением эпитаксии. Эпитаксия — это метод послойного выращивания одного кристаллического твердого тела на поверхности другого (называемого подложкой), при котором растущий кристалл наследует кристаллографическую структуру подложки. Подложка, изготовленная из кристаллов (кремния, лейкосапфира, алмаза и других твердых материалов), выполняет роль механического носителя и отводит тепло от микросхемы в процессе её работы. Поэтому для изготовления подложек применяются кристаллические материалы, обладающие большой твердостью и высокой теплопроводностью (лейкосапфир, алмаз). В настоящее время формирование поверхности нанометрового рельефа для последующего этапа эпитаксии таких материалов является большой проблемой. Качество поверхностного слоя подложек существенно влияет на структурное совершенство эпитаксиального слоя. Дислокации и дефекты поверхностного слоя формируются и зависят от подложки и наследуют её отрицательные свойства, ухудшая эксплуатационные свойства микросхем. В этих условиях при поверхностной обработке материалов на первый план выходит вопрос недопустимости возникновения сколов, трещин, микродефектов и дислокаций в основной массе материала. Требуется прецизионное удаление поверхностного слоя материала с получением нанометрового рельефа поверхности с минимальным количеством дефектов, привнесенных процессом обработки.

Традиционным способом, обработки твердых хрупких материалов (в том числе кристаллов) является механическое шлифование свободным и связанным абразивом. После такой обработки получается поверхность с шероховатостью около 200 нм и нарушенным подповерхностным слоем. Для достижения необходимой шероховатости (например, для лейкосапфира 0,2 нм) при изготовлении подложек заготовка полируется в агрессивных средах. При таком способе проблематично достижение стабильно повторяющихся параметров процесса обработки, высок процент брака ИМС, связанного с обработкой поверхностей подложек.

Поскольку требования к качеству поверхности подложек ИМС непрерывно ужесточаются, для решения задачи создания необходимого рельефа поверхностного' слоя нанометровой шероховатости дорогостоящих твердых хрупких материалов с минимизацией отходов и формированием поверхности заданного качества необходимо изучение и направленное изменение свойств и состояния материалов.

Новым перспективным способом получения высококачественной поверхности твердых хрупких кристаллических материалов нанометрового рельефа является удаление поверхностного слоя в режиме квазипастичности: Квазипластичность - проявление пластичных свойств поверхностным слоем твердых хрупких материалов при обработке. Технология квазипластичной обработки твердых материалов основана на обеспечении механического* воздействия на обрабатываемую поверхность (ОП) материала при* подаче шлифовального круга (ШК), составляющей доли мкм/ход. При- этом поверхностный слой хрупких твердых материалов* проявляет пластичные свойства^ и преобладающим механизмом становится не хрупкое разрушение, а квазипластичное удаление поверхностного слоя материала. При данных подачах контактное взаимодействие зерен шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью создает периодическое переменное механическое поле, под воздействием которого происходит направленное квазипластичное удаление ПС с формированием поверхности нанометровой шероховатости и с минимальными дефектами (не более 50 нм), внесенных процессом обработки.

При квазипластичной' обработке можно, проводить постоянный активный-бесконтактный контроль процесса обработки, на основе которого автоматизировать процесс поверхностной обработки. В результате появляется, возможность получения большого количества изделий из твердых хрупких

PC материалов (в том числе кристаллов) со стабильным качеством ПС нанометровой шероховатости.

Однако в процессе взаимодействия инструмента с ОП обрабатываемый материал нагревается и величина теплового расширения может стать соизмеримой с величиной подачи инструмента. В материале возникают термоупругие напряжения, которые способствуют распространению дефектов и разрушению материала. Традиционное применение СОЖ не дало положительных результатов, в процессе обработки: на ОП появлялись новые дефекты. В процессе обработки применялось пассивное воздушное охлаждение при нахождении обрабатываемого материала вне зоны резания. Чтобы избежать разрушения впервые обрабатываемого в режиме квазипластичности материала-и получить требуемую высококачественную поверхность, до проведения исследований, представленных в настоящей работе, приходилось эмпирически искать режимы и параметры квазипластичного удаления поверхностного слоя материала для его обработки. Как правило, поиск сопровождается большими затратами времени и опытных образцов дорогостоящих материалов. Несмотря на достигнутые положительные результаты при поверхностной обработке различных твердых материалов, полученные на станочном модуле АН15ф4 на предприятии «Анкон -Е.М.», отсутствие научно обоснованных-' критериев* процесса квазипластичного удаления ПС, позволяющих учесть физико-механические, прочностные, теплофизические свойства обрабатываемых материалов, механические свойства упругой обрабатывающей системы (УОС), сдерживало развитие технологии.

Исходя из вышеизложенного актуальной проблемой является установление научно обоснованных. условий эффективной реализации процесса прецизионного квазипластичного удаления ПС твердых хрупких материалов на основе установления прочностных, упруго-механических и теплофизических закономерностей процесса квазипластичного формирования поверхности. Установленные закономерности позволяют разрабатывать рациональные режимы поверхностной обработки твердых хрупких материалов (алмаз, лейкосапфир) для серийного производства подложек ИМС и для применения в других отраслях промышленности, объектами которых являются твердые хрупкие материалы, поверхностная обработка которых существующими традиционными способами оказалась малоперспективной.

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР МГГУ по госбюджетной теме Минобразования РФ № ФГП-465ДС «Установление закономерностей изменения состояния и свойств горных пород, и минералов при действии физических полей» и в рамках договора с ЗАО «Анкон Е.-М.»

Цель работы.

Разработка основ теории и научной базы, описывающих закономерности процесса квазипластичной поверхностной обработки, и методологии формирования нанометрового рельефа* поверхности и активного контроля процесса квазипластичной обработки на основе выделения, и оценки. ' информативных характеристик процессов, сопровождающих квазипластичную поверхностную обработку твердых хрупких материалов.

Задачи исследования; 1 .Определение зависимостей изменения свойств твердых минералов при' воздействии механических и тепловых полей, проявления хрупких и-квазипластичных свойств твердых материалов от различных технологических, режимов поверхностной обработки.

2. Установление взаимосвязи структурных и физических свойств твердых материалов с технологическими свойствами при получении поверхности нанометровой шероховатости.

3. Выявление технологических факторов, оказывающих наибольшее влияние на изменение физических свойств поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических материалов, с целью последующего управления процессом поверхностной обработки.

4. Определение оптимального качества поверхности в процессе обработки.

5. Разработка концептуальной модели поверхностной обработки твердых хрупких материалов и методологии формирования алгоритмов формообразования нанометрового рельефа поверхности твердых хрупких материалов при поверхностной обработке в режиме квазипластичности.

6. Разработка методики определения режимов поверхностной обработки твердых хрупких материалов с учетом свойств обрабатываемого материала!

7. Разработка технологических рекомендаций по назначению начальных режимов резания и зависимостей их изменения в процессе обработки.

8. Разработка рекомендаций по назначению режимов резания и их изменению в процессе обработки для получения максимальной производительности станочного модуля АН15ф4 с ЧПУ при обработке поверхностей твердых" хрупких материалов с получением нанометрового рельефа поверхности.

Научная новизна работы заключается в создании научных основ, описывающих закономерности возникновения квазипластичного режима шлифования* твердых хрупких материалов, на базе которых формируются технические требования к условиям обработки, обеспечивающие получение нанометрового рельефа обработанной поверхности твердых хрупких материалов.

Научные положения, выносимые на защиту, и новизна;

1. Предложена классификация состояния поверхностного слоя материала при его механической обработке по величине удельной энергии воздействия. При этом впервые показано, что необходимое качество поверхности может быть достигнуто при обработке в режиме квазипластичности при величине удельной энергии в интервале от предела Пайерлса, соответствующего началу движения дислокаций, до хрупкого разрушения.

2. В разработанной теоретической модели процесса поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов в периодически воздействующем термомеханическом поле с получением поверхности нанометрового рельефа впервые осуществляется новый подход к шлифованию материалов как к удалению поверхностного слоя обрабатываемого материала с учетом основных закономерностей: разрушения горных пород и минералов, и физических свойств обрабатываемого материала, оказывающих существенное влияние- на процесс обработки; и выход годной продукции. Такой подход, позволяет определить, интервал допустимых контактных, напряжений', составляющий доли процента от величины предела прочности материала на* растяжение,, оценить необходимое время воздействия: для; определения- параметров? оборудования! технологического процесса, формирования нанометрового-рельефа поверхности твердых хрупких материалов; '

3. При наложении термических и механических полей, возникающих в процессе квазипластичной обработки, величина термических напряжений' нелинейно зависит от температуры поверхности* и не должна превышать величину предела прочности' материала на- растяжение. Влияние теплового расширения обрабатываемого образца на величину контактных напряжений' впервые предложено определять по интегральной средней температуре; по объему образца; практически, не зависящей от более высокой температуры*; поверхностного слоя;

4. Теоретическое и экспериментальное исследование спектров акустических сигналов с постоянными частотами, килогерцового диапазона, сопровождающих процесс колебания;системы «инструмент-обрабатываемыт материал» при: поверхностной обработке: твердых хрупких материалов; в. режиме квазипластичности, позволило установить, что генерируемые сигналы являются- совокупностью колебаний-. специфичных для каждого; исследуемого материала. При этом впервые показано, что частоты сигналов, генерируемых алмазом и лейкосапфиром, прямо пропорциональны их модулям Юнга в различных кристаллографических направлениях, не связаны с размерами: образца и с упругими постоянными станочного модуля1 и могут быть использованы, при.' диагностике неоднородностей упругих' свойств поверхностного слоя в процессе:механического!воздействиям

5. Разработанный комплекс критериев (1 прочностной, 3 теплофизических), позволяет определить условия обработки твердых хрупких кристаллических материалов в области квазипластичного удаления поверхностного слоя без перехода в область хрупкого разрушения материала.

6. Разработанная концептуальная модель квазипластичной поверхностной обработки твердых хрупких кристаллических материалов на основе впервые предложенного комплекса критериев (прочностных, теплофизических и упруго-механических) обеспечивает выбор рационального диапазона заданных технологических параметров поверхностной обработки в режиме квазипластичности и представляет возможность для автоматизации процесса поверхностной обработки в режиме квазипластичности для серийного производства изделий с нанометровым рельефом поверхности.

7. При определении параметров оборудования для формирования* нанометрового рельефа поверхности твердых хрупких материалов в режиме квазипластичности должна учитываться корреляционная зависимость усилия прижима инструмента с собственными частотами, генерируемыми материалом при механической обработке в режиме квазипластичности.

Впервые показано, что для получения нанометрового рельефа после алмазного шлифования совершенствования качества поверхности твердых " хрупких кристаллических материалов с получением нанометрового рельефа поверхности, необходимо уменьшать усилие прижима при уменьшении частоты сигнала, генерируемого материалом в процессе обработки. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: объективностью применения основных подходов оценки предельных параметров напряженно - деформируемого состояния, используемых для решения задач хрупкого разрушения, включая использование критериев прочности и пластичности анизотропных твердых тел, теории дислокации и основных положений термодинамики;

- соответствием принятых допущений рассмотрения процесса обработки (квазистатичность, замена воздействия инструмента распределенной нагрузкой и др.) описанием реального процесса обработки и соответствием предложенного математического описания- положениям термодинамики (разделов тепломассопереноса, термического хрупкого разрушения), физики твердого^ тела, физической мезомеханики; принятая- классификация эффектов при поверхностной обработке материалов, (кристаллов) соответствует теории дислокаций;

- представительным объемом экспериментальных исследований на образцах различных хрупких минералов (более 300 экспериментальных измерений- в процессе обработки);

- использованием современных аттестованных контрольно-измерительных приборов и оборудования, а также аттестованных методик измерения;

- соответствием (с погрешностью- не более 5% щг амплитуде и частоте), реальных акустических спектров со спектрами; смоделированными ^ аналитически;

- высоким качеством поверхности (с шероховатостью до -2 нм); полученной-при ^ обработке минералов (кристаллов), в' соответствии с принятыми-рекомендациями по выбору рациональных режимов механической^ обработки плоских поверхностей моно- и поликристаллических алмазов и лейкосапфиров;

- соответствием (с погрешностью не более 5%) расчетных и измеренных температур обрабатываемых материалов (кристаллов).

Научное значение работы заключается' в установлении зависимостей, учитывающих взаимосвязь физико-механических, теплофизических свойств твердых хрупких материалов и технологических свойств обрабатывающей системы при квазипластичном удалении- поверхностного слоя обрабатываемого материала, позволяющих применять этот способ для серийной' обработки-кристаллических твердых хрупких материалов (моно- и поликристаллическийг алмаз, лейкосапфир) с получением поверхностей нанометрового рельефа. Практическое значение работы.

1. Разработаны общие рекомендации по технологии прецизионного удаления ПС твердых материалов и частные рекомендации по выбору рациональных режимов обработки лейкосапфира, моно- и поликристаллических алмазов, позволяющие получать поверхности нанометровой шероховатости.

2. Составлены алгоритмы для- управления в автоматическом режиме процессом обработки плоских поверхностей кристаллических твердых материалов с получением нанометрового рельефа.

3. Экспериментально определены параметры (начальная врезная подача, скорость вращения ШК, скорость продольного прохода стола станочного модуля, соотношение времени обработки и времени пассивного воздушного охлаждения) и алгоритмы назначения начальных режимов< резания и< зависимости изменения врезных подач в. процессе обработки при* поверхностной обработке твердых хрупких материалов* в1 режиме квазипластичности для станочного модуля АН15ф4 с ЧГГУ.

4. Разработаны рекомендации назначения режимов резания; для* получения максимальной производительности1 станочного модуля АН15ф4 с ЧПУ при обработке поверхностей твердых хрупких материалов с получением нанометрового рельефа поверхности.

5. Предложенные технические решения по усовершенствованию обработки плоских поверхностей твердых хрупких кристаллических материалов позволяют снизить на 10 - 12% брак при обработке плоских поверхностей изделий из лейкосапфира, и на 5 - 7% -изделий из алмаза.

Реализация результатов работы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы: - в виде алгоритма управления процессом обработки при реализации предложенной модели квазипластической деформации обрабатываемого материала на основе технологической диагностики течения процесса, используемого при обработке материалов (алмаз, лейкосапфир) на предприятии «Анкон-Е.М.»;

Г:!- в виде рекомендаций: «Рекомендации по технологии размерно-регулируемого удаления поверхностного слоя твердых материалов в режиме квазипластичности при изготовлении изделий из монокристаллов»; «Рекомендации по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей лейкосапфира в режиме квазипластичности»; «Рекомендации по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей монокристалла алмаза в режиме квазипластичности»; «Рекомендации по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей поликристаллического алмаза в режиме квазипластичности»; «Рекомендации по использованию технологии получения нанометрового рельефа поверхности твердых материалов путем направленного механического удаления поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических материалов», которые используются при обработке твердых минералов на предприятии «Анкон-Е.М.».

Результаты исследований используются в учебном процессе, как часть лекционного курса дисциплины «Технология гранильного производства».

Результаты работы позволили получить на предприятии «Анкон -Е.М.» стабильно воспроизводимые результаты поверхностной обработки кристаллов с получением нанометрового рельефа поверхности (лейкосапфира Ra = 2 нм, натурального алмаза Ra = 10 нм, поликристаллического алмаза Ra = 2,5 нм).

Результаты исследования могут быть применены: в микроэлектронике для изготовления подложек; в гранильной промышленности для гибкой комплексной автоматизации технологии обработки алмазов в бриллианты и в медицине для изготовления точных приборов и инструментов из твердых монокристаллов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались: • на научных симпозиумах «Неделя горняка», МГГУ, Москва, 2003г, 2004г, 2005 г, 2006 г, 2007 г, 2008 г, 2009 г.

• Международных симпозиумах «Sympozjon Modelirowanie w mechanice», Wisla, 2004 г, 2005 г, 2006 г, 2007 г, 2008«г.

• XI Международном симпозиуме «GEOTECHNIKA - GEOTECHNICS», Польша, Устрань, 2004 г.;

• международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии", Иваново, 6-8 июня, 2005г.;

• Международном симпозиуме «Образование через науку» МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, 2005 г.;

• Научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии», ФГУП «НПО машиностроения», Реутов; 2005 г.;

Научно-технической конференции «Породоразрушающий и< металлообрабатывающий^ инструмент - техника и технология его изготовления неприменения», Киев; 2005г.;

• Международной конференции «55-th anniversary of founding the;Faculty of Mechanical-Engineering of VSB Technical University of Ostrava», Ostrava; Czech Republic; 2005r.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 42 научные работы.

Структура и объем работы. Настоящая работа состоит из введения, 6 глав, заключения, приложений, содержит 293 страницы, 28 таблиц и 79 рисунков, список использованных источников из 174 наименований.

Автор выражает благодарность проф., д.т.н. Гридину О.М., проф., д.т.н. Дмитриеву А.П., проф. д.т.н. Гончарову С.А., проф., д.т.н. Морозову В.И., проф., д.т.н. Микову И.Н., проф., д.т.н. Куприянову В.В., д.т.н. Сильченко О.Б., к.т.н. Ананьеву П.П., к.т.н. Коныпину А.С., к.т.н. Могиревой Е.С., за. помощь в работе при постановке и проведении эксперимента Плотникову С.А., Мориту Р.Е., Осташевскому А.А., за помощь в проведении расчетов и оформлении работы Могиреву A.M., Теплову М.М., Теплову A.M., коллективам кафедр ФГПиП и ТХОМ, специалистам ЭНИМС за помощь, оказанную при выполнении работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В настоящей; диссертационной работе дано новое решение актуальной научной проблемы обработки поверхностного; слоя твердых хрупких материалов для создания нанометрового рельефа поверхности - физико-техническое обоснование параметров квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких кристаллических материалов: при- их механической обработке для создания нанометрового рельефа поверхности, имеющее важное: значение для использования этих материалов при изготовлении высокотехнологичных изделий в области нанотехнологий в машино- и приборостроении, микроэлектронике, медицине, светотехнике, ювелирной и других отраслях промышленности, а именно:

1; Разработаны теоретические положения,, описывающие закономерности процесса квазипластичной обработки с пассивным воздушным; охлаждением поверхностной твердых хрупких кристаллических материалов (алмаза; лейкосапфира). .

- 2. Разработана методология формирования нанометрового рельефа поверхности и активного контроля процесса квазипластичной обработки на основе выделения и оценки информативных характеристик процессов, сопровождающих квазипластичное удаление поверхностного слоя; т.е. поверхностную, обработку, твердых хрупких кристаллических материалов (алмаза, лейкосапфира).

3. Предложена классификация состояния поверхностного слоя минерала при механическом воздействии по величине удельной энергии при обработке в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя осуществляется при величине удельной энергии в интервале от предела потенциала Пайерлса (для лейкосапфира ЗДж*м"3), соответствующего началу движения; дислокаций, до хрупкого разрушения (для лейкосапфира 605 кДж* м"3).

4. Разработана система тепло-физических, и прочностных критериев* позволяющих анализировать процесс квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых минералов при механическом воздействии, использование которых обеспечивает возможность выбора рационального диапазона технологических параметров процесса механической обработки твердых минералов с получением нанометрового рельефа поверхности.

5. Разработана модель квазипластичного удаления поверхностного слоя твердых хрупких минералов при их обработке на основе определения напряженно-деформированного состояния точек поверхностного слоя под действием распределенной нагрузки в интервале допустимых контактных напряжений, для получения нанометрового рельефа поверхности, составляющем доли процента от величины предела прочности минерала на растяжение.

6. Сформулировано, что при квазипластичном удалении поверхностного слоя твердого материала для получения заданного качества поверхности при расчете контактных напряжений необходимо учитывать влияние теплового расширения, которое определяется влиянием интегральной средней, температуры по объему образца и практически не зависит от более высокой температуры поверхностного слоя. Проведенные экспериментальные исследования на образцах алмаза и лейкосапфира показали, что одним из условий проведения обработки поверхности в режиме квазипластичности без перехода в состояние хрупкого разрушения является соотношение длительности периодов обработки и пассивного воздушного охлаждения (от 0,5с до 10с - для лейкосапфира, от 0,3с до 5с - для алмаза)

7. На основании проведенных экспериментальных исследований, проведенных на предприятии «Анкон-Е.М.», установлено, что спектры акустических сигналов, генерируемых системой «инструмент-обрабатываемый материал» в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя, находятся в килогерцовом диапазоне и являются совокупностью колебаний, специфичных для каждого исследуемого материала. При поверхностной обработке в режиме квазипластичного удаления поверхностного слоя алмаза и лейкосапфира установлена прямо пропорциональная зависимость частот генерируемого акустического сигнала от модуля упругости (Юнга) для различных кристаллографических направлений; которая* не связана с- размерами образца и может быть использована» при диагностике , неоднородностей упругих свойств: поверхностного7 слоя в процессе механического воздействия? и связанного с ними необходимого изменения усилия» прижима инструмента.

8. Разработан рациональный диапазон технологических параметров- для получения нанометровой шероховатости поверхности твердых: хрупких кристаллических материалов при: квазипластичном, удалении поверхностного: слоя на этапе алмазного шлифования, определяющийся; критерием хрупкого термического5 разрушения для, обрабатываемого минерала и пределом? прочности на сдвиг.

9. Разработана концептуальная- модель, квазипластичной поверхностной: обработки твердых хрупких кристаллических материалов, на основе предложенного комплекса : критериев j (прочностных, теплофизических и упруго-механических);, которая: представляет: возможность- автоматизации: процесса: поверхностной; обработки: в: режиме: квазипластичности? для; серийного производства; изделий: с нанометровым рельефом поверхности-: с использованием в качестве управляющего параметра: процесса* обработки: акустического- сигнала, генерируемого системой? «инструмент — обрабатываемый материал».

10. На основании проведенных экспериментальных исследований; проведенных на предприятии «Анкон-Е.М.», было установлено, что-для получения высококачественной поверхности нанометрового рельефа наэтапе', алмазного шлифования твердых хрупких кристаллических материалов; (алмаз, лейкосапфир), в режиме квазипластичного удаления, поверхностного слоя, необходимо уменьшать усилие: прижима при- уменьшении собственной частоты сигнала; генерируемого системой «инструмент — обрабатываемый материал» .

11. На основании проведенных автором настоящей? работы экспериментальных исследований на предприятии «Анкон-Е.М.» было установлено, что качество поверхности обрабатываемого материала: определяется? величиной, контактных напряжений на. микронеровностях, определяется величиной контактных напряжений на, микронеровностях . (характеризуемых врезными подачами, максимальное значение которых 0,05 мкм для ^ алмаза; 0,03 мкм для лейкосапфира)' в области; стабильных частот (0,6 кГц для- лейкосапфира', 3,5 кГц для?' алмаза),, генерируемых системой «инструмент — обрабатываемый материал» в процессе квазипластичного удаления поверхностного слоя; обеспечивают наилучшую производительность обработки' материала, в режиме квазипластичности от 50нм/ход до 1нм/ход в зависимости от заданных, выходных параметров? с получением поверхности нанометрового рельефа.

12. Составлены алгоритмы для управления в- автоматическом режиме процессом поверхностной обработки твердых материалов с получением-поверхности заданного качества, которые были реализованы на предприятии-«Анкон-Е.М.» при обработке поликристаллического алмаза и лейкосапфира настаночноммодуле АН 15ф4 с числовым:программным-управлением:. .'

13. Предложены, технические • решения, позволяющие непосредственно в процессе квазипластичной обработки оценивать динамику изменения шероховатости поверхности образца, по соотношению тангенциальных и нормальных усилий прижима, на. образец со стороны обрабатывающего инструмента и по изменению параметров собственных колебаний постоянной частоты системы «инструмент — обрабатываемый материал». Предложены; перспективные методы повышения производительности-процесса квазипластичного удаления поверхностного слояf твердых хрупких материалов с применением воздействий магнитного,, электрического и акустического полей;, а также их сочетания. Предложенные решения-находятся в стадии оформления,заявки на патент.

14. По результатам экспериментальных исследований внесены корректировки в методику настройки оборудования, при обеспечении выбора параметров настройки приводов, траектории обработки, при назначении режимов обработки для получения нанометрового рельефа поверхности при квазипластичном удалении поверхностного слоя для станочного модуля АН15ф4 с ЧПУ.

15. Научные результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, положены в основу рекомендаций по выбору рациональных режимов механической обработки плоских поверхностей моно - и поликристаллических алмазов и -лейкосапфира в режиме квазипластичности, применение которых в производственном процессе на предприятии «Анкон-Е.М.» позволило получить плоские поверхности поликристаллических алмазов с шероховатостью 7?а=18 нм, Ra=2,5 нм, и плоские поверхности монокристаллов лейкосапфира с шероховатостью Ra= 1,9 нм (опытная партия в количестве 28 штук).

16. Намечены дальнейшие пути интенсификации, т.е. повышения производительности и качества обработки твердых хрупких минералов с поверхностью нанометрового рельефа, включающие , в себя: совершенствование системы охлаждения, разработку оперативного контроля' шероховатости поверхности в процессе квазипластичной обработки, воздействия электрическими, магнитными, акустическими полями на зону обработки поверхности минерала.

1. Адаптивное управление станками /Под ред. Б. С. Балакшина. — М.: Машиностроение, 1972. 416 с.

2. Байкалов А. К. Введение в теорию шлифования материалов. -Киев, Наукова думка, 1978 205 с.

3. Барзов А.А., Бочаров А.А. Физические основы автоматизированной размерной обработки алмазов. /Тез. докл. VI науч.-практ. конф. // Состояние и перспективы развития алмазно-бриллиантового комплекса России. Смоленск, 1998 - С.90-95.

4. Барзов А А., Тутнов И.А. Обеспечение технологической надежности процессов обработки методом акустической эмиссии / Научно- технические достижения: Сб. ВИМИ. 1986. - Вып. 2. - С. 17-23.

5. Биргер И.А. Техническая диагностика. М. Машиностроение, 1978., 240 с.

6. Бочаров A.M. Лазерно-технологические комплексы и перспективы алмазообработки. /Тез. докл. VI науч.- практ. конф. // Состояние и перспективы развития алмазно-бриллиантового комплекса России. Смоленск, 1998. С. 100-101.

7. Бочаров A.M., Климович А.Ф., Старовойтов А.С., Снежков В.В. Изнашивание монокристаллов алмазов. Минск, Белорусская наука, 1996.- 144 с.

8. Владимиров В.И., Романов А.Е. Дисклинации в кристаллах. -Л.:Наука,1986. 224с.

9. Валиков В.И., Матынкин Ф.С. Влияние износа инструмента на термо-ЭДС

10. Труды МВТУ. 1981. -№ 361. - С.35-42.

11. Вознесенский А.С., Шкуратник В.Л. Электроника и измерительная техника. М.: Издательство «Горная книга», 2008. 477с

12. Вульф A.M. Резание металлов минералокерамическими резцами. М.: Машиностроение.-1958

13. Гомон Г.О. Алмазы. М., 1966.

14. Гончаров С.А. Термодинамика.-М.: МГГУ, 1997.-440с.

15. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М. Наука, 1964, 228 с.

16. Девилин Ю.А. Новое оборудование для алмазообработки. /Тез. докл. VI науч.-практ. конф. //Состояние и перспективы развития алмазно-бриллиантового комплекса России. Смоленск, 1998. - С.73-76.

17. Диагностирование оборудования комплексно-автоматизированного производства / Под ред. Б.Г. Нахапетяна. М : Наука, 1984. - 196 с

18. Доронин В.Л. Создание комплекса контрольно-измерительного оборудования для производства бриллиантов. /Тез. докл. VI науч.- практ. конф. // Состояние и перспективы развития алмазно-бриллиантового комплекса России. Смоленск, 1998. - С. 108-112.

19. Дронова Н.Д. Оценка рыночной стоимости ювелирных изделий и драгоценных камней. М.:Изд. «Дело», 2001. - 296 с.

20. Дубинина А.П. Исследование параметров процесса пластичного шлифования алмазов при групповой обработке на станках с ЧПУ. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М.:ОАО «ЭНИМС», 2006.

21. Дягилев О.И. Метод модульного моделирования для автоматических систем управления. М.: Наука. 1993.-125 с.

22. Егорушкин В.Е. Динамика пластической деформации. Волны локализованной пластической деформации в твердых телах//Изв, Вузов.Физика. -1992. Т.35. №4. -С. 19-41.

23. Елисеев А.А. Методы исследования дефектов структурыIполупроводников. М.: МИХим Машиностроения, 1883.

24. Епифанов В.И., Песина А. Я., Зыков JI.B. Технология обработки алмазов в бриллианты. М.: Высшая школа, 1987. - 333 с.

25. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. М.: Высшая школа,1965.

26. Ефимов И.Е., Козырь И .Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника.- М.: Высшая школа, 1986.

27. Желудев И. С., Физика кристаллических диэлектриков. -М., 1968.

28. Зарембо JI.K., Красильников В.А. Введение в нелинейную аккустику. М.:Наука, 1966; УФН. 1970. Т. 102, №4.С.549

29. Зенкевич 0., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986 - 250 с.

30. Игумнов Д.В., Королев Г.В., . Громов И.С. Основы микроэлектроники. М.: Высшая школа. - 1991.

31. Калашников С. Г., Электричество, 2 изд. М., 1964.

32. Калинин, Г.Л. Скибинский, П.П. Новиков Электрорадиоматериалы.- М.: Высшая школа, 1981.

33. Карбань В.И., Борзаков Ю.И. Обработка монокристаллов в микроэлектронике.- М.: Радио и связь, 1988.-104 с.

34. Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород. -М: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. 222с.

35. Карелоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. -М„ Наука, 1964.

36. Качанов JI.M. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. — 311С.

37. Кашкаров П.К., Тимощенко В.Ю: Поверхность. Физика, химия, механика.- 1995.-№ 6.-С. 5-34.

38. Келли А., Гровс Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах М: Мир. 1974. ,

39. Киселева Н.П. Технические алмазы. М., 1964, - 213 с.

40. Кондратенко А.В. Способ шлифования плоских поверхностей. Патент РФ № 2035287.

41. Конструирование новых материалов и упрочняющих технологий /Под ред. Панина В.Е. Новосибирск: Наука, 1996.-140 с.

42. Косевич A.M. Дислокации в теории упругости. —".Киев: Наукова думка, 1978.- 220 с.

43. Косевич A.M. Физическая механика реальных кристаллов. -Киев: Наукова думка, 1981.

44. Конынин А.С. Управление процессом шлифования для повышения производительности и точности при одновременной многоинструментальной обработке. Автореф. дис. на соиск. учен. степ, канд . техн . наук., М.: ЭНИМС 1987.

45. Коныдин А.С., Сильченко О.Б., Брайан Джон Сноу. Способ микрошлифования твердоструктурных материалов и устройство для его реализации. Патент РФ №2165837 от 27.04.2001.С.216.

46. Конынин А.С., Сильченко О.Б., Теплова Т.Б. Обработка твердоструктурных минералов резанием на шлифовальных станочных модулях с ЧПУ с применением новой технологии / Горные машины и автоматика. 2001.-№ 11.-С.31-331. Щ. \

47. Конева Н.А. Козлов Э.Б. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. -Новосибирск, Наука, 1990.-С.123-186.

48. Коттрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. М: Металлургиздат, 1958. - 267с.

49. Кудинов В.А. Динамика станков . М.: Машиностроение,1967.

50. Куланов Ю.М., Хрульков В.А., Дудин —Барковский И.В. Предотвращение дефектов при шлифовании. М. : Машиностроение, 1975, 144 с. Г

51. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. М.:.Наука,1965.

52. Лихачев В. А., Хайров Р.Ю. Введение в теорию дислокаций. -Л.:1. Изд-во ЛГУ, 1975,- 183 с.

53. Ляв А. Математическая теория упругости. М.-Л, научнообъединенное тех. изд. ИКТП СССР.-193 5.

54. Макаров А. Д., Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278с.

55. Малышева. A.M. Технология производства интегральных микросхем. -М.: Радио и связь, 1991.

56. Миков И.Н., Морозов В.И., Козочкин М.П. Управление качеством в художественных и ювелирных производствах. Учебное пособие. Часть2. М.: МГГУ, 2008.- 116с.

57. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием. М.:Машиностроение, 1975, 304 с.

58. Мэзон У. Физическая акустика. Т.1, ч.А. М.: Мир, 1996.

59. Невельсон М.С. Автоматическое управление точностью металлообработки. JL: Машиностроение, 1973, 176 с.

60. Новиков В.Ю., Брятова Л.И. Исследование алгоритма управления шлифованием с использованием коррекции при временном и размерном выкачивании. Вестник машиностроения, 1978, N 5, с.37-41.

61. Обработка алмазов. Сб. переводов ВНИИ Госзнака МФ СССР. М.: 1962 - 1969г .г.- 343 с.

62. Обработка полупроводниковых материалов/В.И.Карбань, П.Кой, В.В.Рогов и др.-Киев: Наукова думка, 1982.-256 с.

63. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М: Высшая школа, 1983.

64. Панин В.Е. // Изв. вузов: Физика. 1987. - Т. 30. - N1. - С. 38.

65. Панин В.Е. // В кн.: Физика хрупкого разрушения. Ч. 1. -Киев: Изд-во ИМП АН УССР, 1976. С. 3-16.

66. Панин В.Е. Поверхностные слои нагруженных твердых тел как мезоскопический структурный уровень деформации //Физ. мезомеханика-2001., т.4 № 3 С.5-22

67. Панин В.Е. Основы физической мезомеханики//Физ. Мезомеханика. -1998. т.1. - № 1. -С. 5 - 22.

68. Панин В.Е., Гриняев Ю.В. Физическая мезомеханика -новая парадигма на стыке физики и механики деформируемого тврдого тела// Физ. мезомеханика. 2003. -Т.6.- №4.- С.9-36.

69. Панин В.Е. Современные проблемы пластичности и прочности твердых тел.//Изв. Вузов. Физика 1998 т.41-№1. С 7-34.

70. Панин В.Е., Лихачев В. А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. Новосибирск: Наука, 1985. - 229 с.

71. Панин B.E., Фомин В.М., Титов В.М. Физические принципы мезомеханики поверхностных слоев и внутренних границ раздела в деформируемом твердом теле //Физ. мезомеханика. 2003.- Т.6 - №2-С. 5-14.

72. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1985. 504 с.

73. Петров B.C. Драгоценные и цветные камни. М.: Наука, 1963.-486 с.

74. Попов Г.М., Шафроновский И. И. Кристаллография. М.: Наука, 1964, 284 с. : "

75. Предводителев А.А., Тяпунова Н.А., Зиненко'ва Г.М., Бушуева Г.В. Физика кристаллов с дефектами. М.:Изд.-во Моск. Ун-та, 1986.

76. Природные алмазы России / Под ред. В.Б. Кваскова . М.: Полярон, 1997.

77. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород: Учебное пособие. М.: МГГУД995. - 450 С.

78. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. JL: Наука, 1962.-455с.

79. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела — М.: Наука, Гл. ред физ.-мат. лит., 1979. -744с.

80. Ратмиров В. А. Основы программного управления станками. М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

81. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород — 4-е изд.-М.-Недра, 1984.-359с.

82. Седов Л.И. Механика сплошной среды в 2-х т. М: Наука, 1973-Т. 1.-536с.

83. Селиванов В.В. Механика разрушения деформируемого тела: Учеб. Для втузов М.: Изд-во МВТУ им.Н.Э. Баумана, 1999. - Т.2 — 420с.

84. Сильченко' О.Б'., Коньшин А.С. Станки для бездефектной огранки алмазов на базе компьютерных технологий.- М.', ГИАБ. 1998. -№6.

85. Сильченко О.Б. Разработка метода и требований к оборудованию для бездефектного (пластичного) размерного резания хрупких материалов. . Автореф. дис. на соиск. учен. степ, канд . техн . наук. М.: АООТ ЭНИМС, 1995.

86. Сильченко О.Б. Теория и методы размерно-регулируемой и бездефектной обработки твердоструктурных минералов резанием. Автореф. дис. на соиск. учен. степ, докт . техн . наук. — М.: НИИ «Научный центр», 2000г.

87. Сильченко О.Б. Моделирование процессов бездефектного резания -алмазов на принципах физической мезомеханики. / Тез. докл. науч.-практ. конф.- Неделя горняка-98. ГИАБ. - 1999. - N8. - Зс.

88. Сильченко О.Б., Теплова Т.Б., Морозов В.И. Тестовые методы диагностирования параметров пластичного микрошлифования кристаллов. Мат. конф. «V Юбилейная Школа Геомеханики».- Польша, Устрань, 16-19 ноября 2001.

89. Сироткин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. Учебное пособие. 2-е изд., перераб. - М: Наука. Главнвя редакция физико-математической литературы, 1979.- 639с.

90. Степанов А.В. Основы практической прочности кристаллов М.: Наука, 1974.1. СГ • .v.; ■■■'■: ■

91. Структура поверхностных слоёв монокристаллов1; корунда /Е.Р.Добровинская, В.В.Пищик, Н.М.Торчун, А.М.Цайгер//Монокристаллические материалы.-1983.-№ 1 .-С. 74-81

92. Судзуки Т., Ёсинага X., Такеути С. Динамика дислокаций и пластичнось. М.: -Мир., 1989, 284с.

93. Теплова,Т.Б., Сильченко О.Б., Коньшин А.С. Анализ путей повышения эффективности обработки алмазов- ГИАБ. - 2000. - №9.- С. 184-187.

94. Теплова Т.Б., Сильченко- О.Б., Коньшин А.С. Технологические аспекты диагностики: бездефектной обработки кристаллов. ГИАБ. - 2000. - №11. - С.218-220.

95. Теплова Т. Б., Коньшин А.С., Соловьев В.В. Особенности микрошлифования кристаллов лейкосапфира на станочном;модуле с ЧГГУ. ГИАБ. - 2005.- №3. - С. 52-56.

96. Теплова Т.Б., Коньшин А.С., Соловьев В.В., Ашкинази Е.Е. О выборе рациональных режимов процесса микрошлифования монокристалла лейкосапфира. ГИАБ. - 2005. - №9. - С. 76-83.

97. Теплова Т.Б., Гридин О.М;, Петронюк Ю.С., Левин В.М. О перспективах применения ультразвуковой микроскопии' для оценки качества кристаллов^ после микрошлифования на станочном- модуле с ЧПУ. ГИАБ. - 2005. - №11. - С. 124-129.

98. Теплова Т.Б., Коныиин А.С., Переселенкова Е.И., Проектирование технологического процесса огранки ювелирной вставки из алмаза со сферической гранью на станочном модуле с ЧПУ. ГИАБ. — 2005. -№5. - С. 258-262.

99. Теплова Т. Б., Гридин О.М., Коныиин А.С., Осциллографический метод контроля процесса микрошлифования на станочном модуле с ЧПУ. ГИАБ. - 2005. - №10. - С. 84-88.

100. Теплова Т. Б., Самерханова А.С. Тенденции развития применения твёрдых высокопрочных минералов в технике, медицине и ювелирных изделиях. ГИАБ. 2006. - №10. - С. 338-346.

101. Теплова Т. Б., Гридин О.М., Самерханова А. С. Исследование зависимости диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления лейкосапфира от температуры. ГИАБ,- 2007. - №4.- С. 365-370.

102. Теплова Т.Б., Самерханова А.С. Обзор методов контроля дефектности твердых материалов. ГИАБ. - 2007. - №5. - С. 365 - 369.

103. Теплова Т.Б. Конынин А.С., Гридин О.М., Плотников С.А. Влияние теплового расширения на качество плоских поверхностей монокристалла лейкосапфира. -ГИАБ. 2006-№11. - С. 345-350.

104. Теплова Т.Б. Самонастраивающееся управление со стабилизацией выходных параметров обработки на основе диагностирования параметров квазипластичного резания в мезообъемах. — ГИАБ,-2002.-№5.-С. 157-161.

105. Теплова Т. Б. Шлифование поверхностей в режиме пластической деформации как способ получения твердых минералов с заданной шероховатостью / Мат -лы XI Международного симпозиума «GEOTECHNIKA GEOTECHNICS » Польша, Устрань, 19-22 октября 2004г.-С 86-93.

106. Теплова Т. Б. Перспективы технологии размерно-регулируемого шлифования твердых высокопрочных минералов. ГИАБ. - 2005.-№1.-С. 90-94.

107. Теплова Т.Б. Энергетические особенности процесса обработки твёрдых кристаллов. М. - ГИАБ. - 2006. -№12. - С. 326-333.28$ \

108. Теплова Т.Б. Учет акустических и температурных параметров при определении управляющих параметров обработки твёрдых материалов. ГИАБ. - 2007. -№1. С. 103-104.

109. Теплова Т.Б. Функциональная управляющая модель процесса механической обработки поверхностей твёрдых материалов, обеспечивающая получение шероховатости нанометрового уровня. — ГИАБ. -2007. -№1. С. 357-359.

110. Теплова Т.Б. Теоретическая интерпретация процесса размерно-регулируемого микрошлифования твёрдых материалов. — ГИАБ.- 2007. -№2. С. 363 - 370.

111. Теплова Т.Б. Учет упругих постоянных упругой обрабатывающей' системы при микрошлифовании твёрдых материалов. -ГИАБ. 2007. - №3. - С. 351 -354.

112. Теплова Т.Б. Физические процессы при механической обработке твердых минералов на ультразвуковых частотах. Горный журнал. - 2007. - №1. - С.45-47.

113. Теплова Т.Б. Тепловые процессы при механической обработке твердых минералов. Горный журнал. - 2007. - №12. - С. 42-45.

114. Теплова Т.Б. Анализ энергетических и силовых параметров усталостного разрушения поверхностного слоя твердых минералов при механическом воздействии. ГИАБ. - 2007. - №7. - С.91 - 98.

115. Теплова Т.Б. Частотные характеристики минералов при поверхностном разрушении под воздействием периодического механического поля. ГИАБ. - 2007. - №4. - С 370 -373.

116. Теплова Т.Б. Критерии квазипластичного режима при направленном поверхностном разрушении твердых материалов. — ГИАБ. — 2007.-№ 4. С. 241 -243.

117. Теплова Т.Б; Физико-технологические принципы получения нанометрового рельефа поверхности при обработке твердых хрупких материалов электронной техники; Нано-и микросистемная,техника.— 2008;.-№7. ,

118. Теплова Т. Б., Физическая модель процесса размерного квазипластического обработки твердых минералов ЧПУ / Тёз. Международной науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии».-Иваново. 2001. - С.222.

119. Теплова Т.Б. Контроль качества- рбрабатываемой поверхности в процессе квазипластичной обработки твердых хрупких минералов.М.-Контроль Диагностика.-2008, №9

120. Теплова Т.Б. Обоснование рациональных режимов шлифования алмазов при; их огранке: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, канд . техн . наук. М.: МГГУ, 2002.gQoj? ' ,г

121. Тяпунова Н.А., Зиненкова Г.М.//Элементарные процессы пластической деформации кристаллов.- Киев: Наукова Думка, 1978. - С 36.

122. Тяпунова Н.А., Христу Х.Ломакин А. Л.//Кинетика и термодинамика пластической деформации. 4.1. Барнаул, изд. АПИ им. И.И. Ползунова, 1988. С.З.

123. Ультрозвуковые методы исследования дислокаций/ Сборник статей. М.:Изд. Ин. лит-ры, 1963.

124. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела.- М.: Мир, 1969.1. С 558.

125. Федоров Ф.И., Теория упругих волн в кристаллах. М.: Наука, 1965.л

126. Фикс-Марголин Б.Г. Обеспечение требуемой шероховатости при кругломврезном шлифовании на станках. с ЧПУ. Автореф.дис. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. М.: ЭНИМС, 1982.

127. Филоненко- Бородич М.М. Основы теории упругости М: Гостойиздат, 1932. 168с.

128. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 2.- М.: Физматгиз, 1962. 807 с.

129. Хусу А.П., Витенберг Ю.Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей. Теоретико-вероятностный подход. — М.: Наука, 1975. -344с.

130. Ци Чэнчжи, Ван Минян, Цянь Циху, Чень Цзяньцзе Структурная иерархия, размерный эффект и прочность.Часть1, 2. //Физ. Мезомеханика. 2006. - Т.9. - №6. - С29-52.

131. Чубуков А. С. Разработка и исследование методов самонастройки режимов обработки на круглошлифовальных станках с оперативной системой ЧПУ на основе микро-ЭВМ. Автореф.дис. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. М.: ЭНИМС, 1980.гз-f

132. Чубуков А.С., Ратмиров В.А., Коныпин А.С. Способ адаптивного управления. Авт. свид. N 878540 М. кл'. В 24В 49/00. Изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. 1981, N 41.

133. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М. Наука. Гл. ред. Физ.мат лит. - 1974. - 640с.

134. Чукаев В.И. Исследование процесса финишной обработки синтетического корунда : Автореф.дис. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. Л: ЛГУ, 1974.t

135. Шамаев П.П., Григорьева А.С., Ботаин В.В. О термохимических методах обработки алмазов с новых позиций// Наука и техника в Якутии. 2002.-№1. -С 27-29.

136. Шкуратник В.Л. Измерения в физическом эксперименте. М.гИздательство академии горных наук.- 2000.

137. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г., Барботько A.Hj Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин< и приборов. Мн: Наука и техника, 1976. - 328с.

138. Ящерицин П.И., Борисенко А.В.,Базаров А.А. Диагностика износа режущего инструмента методом акустической'спектрометрии /Изб. АН БСССР: Серия физико-технических наук.-1976,> №4, С.49-52.

139. Abstracts of Intern. Workshop on Materials Instability unter Mechanical Loading / St.Petersburg: Preprint. —1996. -65p.

140. Altukhov A.A.,Afanasiev M.S., Kvaskov V.B. et al."Application of diamond in high technology// Inorganic Materials,—2004— Vol.40, Suppl.l— P S50 S70.

141. Bifano.T.G. .1988. "Ductile-Regime Grinding of Brittle Materials". Ph.D. Thesis. NC State University. Raleigh. NC.

142. Bifano.T.G. and Dow. T.A. .1985. "Real Time Control of Spindle Runout". Optical Engineering, Vol. 24. No.5.

143. Bifano. T.G. .Blake. P., Dow, T.A., and Scattergood, R.O. , "Precision Machining of Ceramic Materials" Proc. of the Intersociety1. Z92, .

144. Chandrasekar .S. , and Sathyanarayanan. G. , 1987. "An Investigation into the Mechanics of Diamond Grinding of Brittle Materials". 15th North American Manufacturing Research Conference Proceedings. Vol. 98.Manufacturing Technology Review, pp. 499-505.

145. Daniluk,S., 1986,"Smoother Scribing of Silicon Wafers", NASA Tech Briefs, September /October . /

146. Harren S.V. Deve H.E. Asaro R.J.// .Acta. Met. -1988. V.36.-N9. -P. 2435-2480.

147. King R.F.~ and Tabor, D., 1954. "The Strength Properties and Frictional Behaviour of Brittle Solids". Proc. of the Roy. Soc. London, A223, p.225. ,

148. Panin V. E. 11 A Topical Encyclopedia of Current Knowledge Dedicated to A Griffith I Ed.by G.Cherepanov. -Melbourne. USA: Krieger Publishing Company, 1998. -P. 772 -793.

149. Panin V.E., Derevyagina L.S., Deryugin Ye.Ye. et al. II Abstracts of CADAMT 97. -Tomsk: ISPMS, 1997. -P. 158-159.

150. Pilipchuk V.N., Vakakls. A.F. M.A.F. Azeez. Study of class of subharmonik motions using a non-smooth temporal transformation (NSTT) // Physica D 100 (1997) pp. 145-164.

151. Retyukhin G. E., Astapchik S. A. Cutting of super-hard materials with quasi-continuous YAG : Nd laser.// Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, 2002—N3- P47—50

152. Scattergood.R.O.,Srinivasan S., and Bifano. T.G., 1988. "R-Curve Effects for Machining and Wear of Ceramics". 7th International Symposium on Ceramics Bolonia. Italy.

153. Schinker.M.G. and Doll: W. 1987, "Turning of Optical Glasses at Room Temperature ", Intl. Tech. Symp. on Optical and Electro-Optical Apph Sci. and Eng. The Hague. NL. ( SP1E Vol. 802).

154. Modelowanie w mechanice", Politechnika Slaska, Katedra Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej; Gliwice 2007, s. 31-35.

155. Tohi.S.B: and'McPherson. R. 1986. "Fine Scale Abrasive Wear of Ceramics by a Plastic Cutting Process'1; Science of Ceramics by a;Plastic Cutting Hard Ma.terials, Inst. Phys. Conf. Serf. No.75. Chap. 9,. Adam Hilder. Ltd., Rhodes, pp; 865-871. .