Технология обработки природных алмазов в бриллианты основана на использовании анизотропии их физико-механических свойств [62]. А поскольку кристаллиты (монокристаллы) в СТМ и алмазные зерна (монокристаллы) также обладают анизотропией свойств и могут быть ориентированы к зоне контакта как «мягкой», так и «твердой» гранью, то процесс шлифования СТМ следует рассматривать как процесс высокоскоростного контактного взаимодействия различных пар «мягких» и «твердых» кристаллитов [46, 218].
В зависимости от принятого направления, в частности, при шлифовании плоской сетки куба, шлифуемость изменяется более чем в 100 раз [251]. Модуль Юнга имеет значение Е (100) = 1050, Е (110) = 160 и Е (111) = 200 ГПа [2]. Существенно различается и энергия разрушения вдоль различных кристаллографических плоскостей. По данным [165] отношение энергий для кристаллографических плоскостей равны соответственно: {111} — 1.000; {110} — 1.225; {100} — 1.732, т. е. различается более чем в 1.7 раза. С учетом наличия корреляции между микротвердостью и обрабатываемостью хрупких неметаллических материалов [44] показано, что в зависимости от условий шлифования скорость съёма алмаза при изменении направления обработки одной плоскости может изменяться в несколько десятков раз [62]. Такие особенности эффективно используются при ориентации кристалла природного алмаза в лезвийном инструменте. Использование анизотропии свойств алмаза для повышения износостойкости алмазных резцов показано в работе [58].
Известно, что монокристаллы проявляют анизотропию в микротвёрдости при испытаниях давлением и царапаньем. Монокристаллы алмаза обладают также анизотропией интенсивности окисления по различным кристаллографическим направлениям. По уменьшению скорости окисления грани располагаются в ряд {111} > {100} > {110}. Так, при температуре 1073 °К скорость окисления грани {100} в 1.5 раза, а грани {111} в 1.8 раза больше чем грани {110} [57, 90, 119].
Существенно различается также и скорость графитизации в различных кристаллографических направлениях. Интенсивнее идет графитизация грани {110}, наименьшая интенсивность — для грани {001} [195]. Причем, скорость графитизации полированной площадки износа в 2 раза меньше, чем у шероховатой [169]. Т. Н. Лоладзе и Г. В. Бокучава [98] показали, что потеря массы (скорость диффузии) алмаза с плоскости {100} происходит более интенсивно, чем с грани { 111 } . Причем показано, что это справедливо как для природных, так и для синтетических монокристаллов алмазов.
По данным Полякова В. П. [145] микротвердость различных граней алмаза колеблется от 50 ГПа для граней куба до 90-100 ГПа для граней октаэдра, т. е. различается в два раза.
Механизм взаимного износа — разрушения элементов «СТМ — зерно — связка» может быть следующий. В первый момент после правки круга острые зерна осуществляют либо износ — истирания «мягких» граней кристаллитов либо их скол по наиболее «слабой» плоскости грани октаэдра. Этот период характеризуется интенсивным съемом припуска и существенным износом зерен круга. По мере износа круга, увеличения количества зерен с площадками износа число их в контакте с СТМ возрастает, удельные нагрузки падают, в контакте начинают превалировать «твердые» грани как кристаллитов СТМ, так и алмазных зерен. За счет неравномерности износа «твердых» и «мягких» граней кристаллитов СТМ на обрабатываемой поверхности образуются впадины (мягкие грани) и выступы (твердые грани). При этом основным видом взаимного разрушения зерен и СТМ является истирание. По мере увеличения глубины впадин твердая грань алмазного зерна, попадая во впадину (мягкую грань кристаллита), скалывается (либо скалывает кристаллит) по наиболее слабой (для скола) грани октаэдра.
Таким образом, из зоны контакта временно удаляются контактирующие «твердые» пары и процесс несколько интенсифицируется. Очевидно, этим можно объяснить установленную авторами [154, 162] периодичность при традиционном алмазном шлифовании СТМ.
Существенная анизотропия физико-механических свойств кристаллитов СТМ и алмазных зерен будет использована при анализе особенностей процесса их взаимного микроразрушения при алмазном шлифовании СТМ.