Алмаз является самым прочным природным материалом, поэтому обрабатывать его не так-то просто. Способ полировки алмазов был изобретен еще в древние времена и не изменился до сих пор: алмаз полируют с помощью алмазной же крошки, нанесенной на вращающийся диск. Проблема заключается в том, что кристаллы алмаза анизотропны, и одни грани («твёрдые») оказываются более устойчивыми к износу, чем другие («мягкие»). Это явление препятствует эффективной полировке и использованию поликристаллических алмазных плёнок, например, наносимых на лезвия режущих инструментов. Исследователи из Германии пролили свет на механизм полировки алмаза.
Первоначально механизм полировки поверхности алмаза представляли как откалывание небольших кристалликов, однако детальные исследования показали, что стачиваемые кусочки аморфны. Методами молекулярной динамики ученые показали, что в процессе трения алмазных поверхностей происходит аморфизация более «мягкой поверхности». Этот аморфный слой имеет толщину несколько нанометров и подвержен окислению кислородом воздуха, превращаясь в газообразные оксиды CO и CO2. Косвенно это подтверждается тем, что при пониженных давлениях полировка протекает медленнее.
Аморфный слой не просто так себе находится на полируемой поверхности поверхности. Во-первых, он движется относительно ее, а во-вторых, атомы аморфного слоя химически связаны с атомами кристалла. Это приводит к тому, что некоторые атомы могут быть вырваны из кристалла, т.е. аморфный слой как бы протравливает поверхность. Учёные рассчитали вероятность этого процесса для различных граней и направлений полировки, и их результаты хорошо совпали с опытными данными. Таким образом, была предложена вполне реалистичная модель полировки алмаза.
Как эти чудесные знания могут быть использованы на практике? Вероятно, можно каким-то образом модифицировать аморфный слой, чтобы облегчить полировку «твёрдых граней». Это позволило бы сделать процесс более однородным и получать гладкие поверхности из поликристаллических алмазных плёнок.
Работа «Anisotropic mechanical amorphization drives wear in diamond» опубликована в журнале Nature Materials. Также можно ознакомиться с захватывающими видеороликами по результатам моделирования полировки.
