宝石加工方法和设备

宝石加工方法和设备•宝石加工的基本方法主要包括：锯切、琢磨、抛光。这三种方法的作业过程构成了宝石加工的三大工序。宝石切磨加工的三大工序一、锯切法•1、锯切法原理•锯切是将宝石材料分割及修整成适当大小和形状的加工方法。•不同的宝石材料应视其块度大小和贵重程度不同，使用不同的锯机和锯片。（1）锯切机理•锯片带动磨料对宝石材料线性磨削的结果。锯切法原理示意图（2）锯切方式•1)使用散粒的磨料，调成砂浆，用钢制锯片带动游离的磨粒对宝石材料进行切割。此种锯法称为“泥砂锯”。•2)使用固着磨料的锯片，如钻粉锯片，因磨粒被固定在锯片上，故对宝石材料的切削作用强，锯切效率高，这是现代锯切宝石的主要方法。2、锯切加工的常用设备•（1）开石机（开料机、下料机）•一种较大型的切割机，主要用来分割直径在15-20cm以上的大块宝石原料，也称开料机或下料机。开石机结构及工作方式锯片直径：400～900mm冷却方式：喷淋式进料方式：锯片移动（2）切片机（切块机）•一种较小型的切割机，主要用于将中等大小块度（直径10-15cm）的原料切割成片、条、小块等毛料。锯片直径：300～450mm冷却方式：浸润式1/4～1/3进料方式：原料移动切片机结构及工作方式（3）修整机（宝石切割机）•一种小型或微型的切割机，适用于小块宝石（贵重宝石）原料的分割和毛坯的修整，常称为宝石切割机。多切能宝石切割机（右端为切割装置）锯片直径：100、110、150mm锯片厚度：0.15～0.3mm冷却方式：浸润式喷淋式（本机）进料方式：手持进料宝石切割机结构及工作方式二、琢磨法•1、琢磨法原理•琢磨即研磨，是对宝石材料进行造型加工的基本方法，一般在将宝石材料分割及修整成一定规格大小和形状的坯料基础上进行，几乎所有加工余料都要通过琢磨去掉，直至工件具备成品形态。（1）琢磨方式•按磨料使用方式：•1）以游离磨料琢磨——将磨料与水混合使之粘附在磨具上对宝石进行琢磨，现在已较少使用。•2）以固着磨料琢磨——将磨料制成磨具直接对宝石进行琢磨，这是现代宝石加工的主要方式。•按磨具磨削方式：①轮磨②盘磨③带磨④滚磨（2）琢磨机理•一般认为，琢磨作用的过程主要是磨料对工件的摩擦切削作用，此外还有冲击压裂作用和化学水解作用的参与。1）磨擦切削作用•首先分析一行单粒磨料颗粒对宝石材料的磨削力和磨削作用。单粒磨料颗粒对宝石材料的磨削力矢量（左）及磨削作用（右）分析•单个磨料颗粒对宝石材料的磨削作用是线磨削，而磨盘上大量随机分布的磨料颗粒所产生的许许多多的磨削凹痕相互穿插迭加就形成了面磨削作用。面磨削作用示意图2）冲击压裂作用•由于磨料颗粒的各向尺寸不同，粒度大小不均匀，被磨削的宝石表面总是支撑在部分少量的磨粒上，使琢磨具有振动冲击和压裂作用性质，从而加快磨削剥离速度。冲击压裂作用示意图3）水解裂挤作用•冷却水渗入压裂纹中，在摩擦热作用下发生膨胀，同时还可能与宝石新生裂面发生水解反应，如与硅质水解反应生成硅酸薄膜，体积增大，挤压裂缝表面，加速琢磨过程。水解裂挤作用示意图2、琢磨加工的常用设备•（1）轮磨机•磨具是砂轮，主要用于磨削宝石毛坯，冲磨成所设计款式之雏形。金刚石砂轮机（左端）（2）盘磨机•磨具是磨盘，主要用于磨削宝石平面，如刻面型宝石，也可用于弧面型宝石的造型。两种结构类型的盘磨机（3）带磨机•磨具是砂带，适用于磨削宝石的各种弧面，如凸面型宝石。带磨机结构简图（4）滚磨机•磨具是滚筒，主要用于滚动磨削除去宝石毛坯和不规则小料的棱角，使之变圆滑。滚筒研磨（抛光）机的结构（左）及外观（右）三、抛光法•抛光是对宝石进行光整加工的方法，一般是在宝石加工的最后，也是最关键的一道工序。•其作用是消除宝石被加工表面因研磨工序所残留的破坏层（凹凸层、裂纹层），以获得光滑明洁的光学表面。1、抛光法原理•宝石的抛光机理十分复杂，至今尚未形成一种完善的理论。最为流行的抛光学说是如下两种：•（1）微粒机械磨削说•（2）塑性流动说（1）微粒磨削作用•抛光过程与研磨类似，都是以硬质的磨料磨削软质材料表面的过程，差别在于所用的磨料粒度不同，磨料粒度越细，被磨削宝石表面的磨痕也就越细密、轻微，当磨削深度在100nm左右时，表面就会出现光滑的镜面效果。实验依据：•1）已抛光的宝石表面在高倍显微镜下可见到明显的起伏（磨痕）现象，用多波干涉显微镜可测定其起伏深度；•2）金刚石微粉几乎可以对所有的宝石进行抛光，而且效果可达最佳，因为金刚石硬度最大。•3）当用金刚石微粉对刻面宝石某一小面进行抛光时，随抛光时间加长，该小面面积增大，表明金刚石微粉有磨削作用。•4）用低于宝石硬度的抛光剂对宝石进行抛光，其效果一般不佳。•但有例外：不能解释某些低硬度抛光材料（如玛瑙粉、硅藻土）能很好地抛光高硬度宝石（如刚玉宝石）。（2）热物化作用•20世纪初，贝尔比（Beilby)研究发现，抛光过程是由于抛光面受到摩擦热作用，而引起在被抛光面微米级范围内产生热塑性—熔化流动的液状层重新分布，形成一种光洁平整的表面层过程。•该表面层称为Beilby层。它就象一层清漆涂在表面的擦痕上，给被抛光面蒙上光泽。•1937年，芬奇（Finch）利用电子绕射技术，揭示了抛光固体的表面层结构，证实和扩展了Beilby理论。•通过对若干宝石材料试验，将抛光机理分为四种情况：•①Beilby层全部保持非结晶性，这类宝石一般较难抛光，如尖晶石、锆石等；•②Beilby层开始保持非结晶性，但在其形成后，在主要结晶面上有再结晶，如方解石、缟玛瑙、海蓝宝石等；•③Beilby层形成后立即按其下面的结构再结晶，如刚玉、石英等；•④不形成Beilby层，这主要指钻石，其抛光只是一种简单的精细研磨。•总的来说，主要与被抛光宝石材料的性质、抛光剂种类以及抛光所需要的温度和压力条件等因素有关。•根据热物化作用，可以解释某些较软质的抛光剂能对硬度很高的宝石进行抛光的现象。但按此种观点，将导致出现抛光宝石的表面不会损失宝石的重量的结论，而这与事实不符。2、抛光加工的常用设备•由于抛光工序是琢磨工序的继续，工作方式基本相同，因此宝石加工中的许多琢磨设备与抛光是通用的。盘磨机磨盘←抛光盘轮磨机砂轮←抛光轮带磨机砂带←抛光带•对于珠型和随型宝石的加工，则而要使作专门的抛光设备：振动抛光机、滚动抛光机。振动抛光机滚筒抛光机