第二章寶石加工設(shè)備與加工原理

1第二章寶石加工設(shè)備

與加工原理第二章寶石加工設(shè)備

與加工原理學(xué)習(xí)目標(biāo)主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)：1.寶石加工主要設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理；2.寶石加工工具的種類及其結(jié)構(gòu)；3.寶石加工工藝材料、輔料種類及特點(diǎn)；4.寶石加工磨削、拋光的基本原理。技能點(diǎn)：1.寶石加工主要設(shè)備的選擇及使用；2.寶石加工工具的選擇及使用；3.寶石加工工藝材料、輔料的選擇及使用。主要內(nèi)容第一節(jié)寶石加工設(shè)備、工藝材料及輔料

第二節(jié)寶石加工原理

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本節(jié)要點(diǎn)寶石加工主要設(shè)備；寶石加工工具；寶石加工工藝材料、輔料。

返回本節(jié)內(nèi)容2、1、1．寶石加工設(shè)備2、1、2．寶石加工工具2、1、3．寶石加工工藝材料2、1、4．寶石加工輔料2、1、1寶石加工設(shè)備一、切割設(shè)備早期的切割工具較簡(jiǎn)陋，所用動(dòng)力是人力，功效極低。例如古代的泥砂鋸。如圖2-1：以腳踩來使鋸片往返運(yùn)動(dòng)，實(shí)施切割?，F(xiàn)代切割設(shè)備大都以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。磨具的功能也有大幅度提高，同時(shí)隨著機(jī)械化程度的提高，切割精度也大幅度提高。圖2-1中國(guó)古代泥沙鋸結(jié)構(gòu)略圖切割設(shè)備主要用于寶石原石的分割工序，可分為以下幾種切割機(jī)類型。(一)開石機(jī)：開石機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，如圖2-2：

圖2-2開石機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1．原石

2．原石夾

3．托架4．滑機(jī)5．防濺罩

6．鋸片7．法蘭盤8．傳動(dòng)軸

9．軸承10．電機(jī)

11．砂漿槽其主要部件有：動(dòng)力及傳動(dòng)裝置、載石機(jī)進(jìn)料裝置、冷卻裝置。1．動(dòng)力及傳動(dòng)裝置：開石機(jī)所切原料石塊度大，切割深度較深，所以其傳動(dòng)軸通常較粗。同時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率也相對(duì)較大，一般在幾千瓦以上。2．載石機(jī)進(jìn)料裝置：因?yàn)樗懈钤系膲K度較大，一般要求用帶滑軌的托架送料進(jìn)鋸，并能根據(jù)切割情況進(jìn)行縱向或橫向移動(dòng)，以便進(jìn)料的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。3．冷卻裝置：開石機(jī)的冷卻有兩種。（1）冷卻箱冷卻裝置。鋸片下端浸沒于冷卻液中。（2）利用噴咀噴出冷卻液作為冷卻裝置。即把冷卻液通過噴咀作用于切割過程進(jìn)行冷卻。（二）切塊機(jī)：切塊機(jī)和開石機(jī)的結(jié)構(gòu)相似。體積比開石機(jī)小，所用鋸片規(guī)格比開石機(jī)小。用于中等大小的原石切割成片、條、粒等小塊毛料。圖2-3寶石切塊機(jī)1．原石夾2．防濺罩3．鉸鏈4．冷卻箱5．冷卻液6．繩7．鋸片8．托架9．重錘10．滑桿11．原石

圖2-4切塊機(jī)托架圖2-5浸潤(rùn)法冷卻(三)臺(tái)式寶石切割機(jī)這種寶石切割機(jī)在寶石加工中最常見，因?yàn)閷毷系牧６纫话爿^小，多為幾克左右。而這種寶石切割機(jī)具有剛性強(qiáng)、承載能力大、精度高、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、噪音低等特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，被廣泛應(yīng)用。如圖2-5：圖2-5臺(tái)式寶石切割機(jī)1．電動(dòng)機(jī)2．冷卻箱3．防水罩4．鋸片5．載石臺(tái)6．傳動(dòng)軸7．皮帶拴和皮帶8．防水擋板（四）整形機(jī):又叫沖坯機(jī)或輪磨機(jī)，其作用主要是去除小粒度寶石原料的表面雜質(zhì)或是修正寶石毛坯的形狀。即切削或磨削寶石毛坯成造型雛型。如圖2-6（五）多刀切割機(jī)：多刀寶石切割機(jī)主要是用來解決圓珠寶石的切粒問題，具有效率高、切割粒度的一致性好的特點(diǎn)。（六）其他寶石切割機(jī)：激光切割機(jī)：激光切割機(jī)是利用激光光束對(duì)寶石進(jìn)行切割的，因其工作時(shí)產(chǎn)生的高溫容易使寶石褪色或碎裂，所以不常用。切割機(jī)操作注意事項(xiàng)：1．切割機(jī)的轉(zhuǎn)速：切割機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響切割效率。一般來說切割時(shí)的線速度越高，效率越高，噪音也就越大。2．切割機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性:切割機(jī)的平穩(wěn)性直接影響切割精度。切割機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)會(huì)使鋸片使用不完全，從而縮短鋸片的使用壽命，造成浪費(fèi)。3．切割機(jī)的噪音：噪音大是切割機(jī)的軸承或傳動(dòng)軸等配合精度不夠高或轉(zhuǎn)速過快引起的。二、磨削設(shè)備磨削設(shè)備主要作用是磨削寶石，使之出造型，根據(jù)磨削方式和磨具不同，可分為四種：輪磨機(jī)、盤磨機(jī)、帶磨機(jī)和滾磨機(jī)。（一）輪磨機(jī)主要功能是給寶石倒棱和圈形，主要部件有轉(zhuǎn)動(dòng)主軸、軸承、防濺罩和載石臺(tái)，所用磨具是砂輪（圖2－8）。輪磨機(jī)有砂輪機(jī)、雙砂輪機(jī)和多砂輪機(jī)。最常見的是雙砂輪機(jī)，共主動(dòng)軸一端裝粗砂輪，中間安裝皮帶輪與電動(dòng)機(jī)相連。這是因?yàn)椋?、可以使輪磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)達(dá)到平衡，減少振動(dòng)；2、磨削工序之需要，一般磨削都有粗磨和細(xì)磨之分。輪磨機(jī)的主動(dòng)軸和軸承要求有較高的抗形變強(qiáng)度，穩(wěn)定性好，這是為了確保砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能平衡，減少振動(dòng)。砂輪的軸與砂輪也應(yīng)配套，通常直徑小于300mm的砂輪的軸，直徑不應(yīng)小于30mm。主軸過小，不僅使砂輪振動(dòng)增大，而且使砂輪磨損加快，磨削效果也不佳，安全系數(shù)也減小，因而可使軸粗些，也不要用小軸配大輪。裝砂輪用的法蘭盤大小也有一定要求，原則上也是砂輪直徑越大，法蘭盤直徑也越大，通常法蘭盤直徑應(yīng)不小于砂輪直徑的1/3。輪磨機(jī)都帶有防濺罩和水槽。防濺罩一般比較堅(jiān)固，圍住砂輪的后部和上部（除工作面外）。一是防冷卻液飛濺；二是防止砂輪萬一破裂飛出傷人。水槽在砂輪下部，用于盛從砂輪上飛濺出的冷卻液，其底有排水孔，可隨時(shí)排除冷卻液及磨屑。輪磨機(jī)的冷卻給水裝置多安裝在防濺罩頂部，直接穿過防濺罩向砂輪噴淋冷卻液，冷卻液用量可用水龍頭控制，也有的輪磨機(jī)采用吸水性好的毛巾一端搭在砂輪上，一端固定于防濺罩上，同樣可以起冷卻作用。（二）盤磨機(jī)盤磨機(jī)多用于磨削平面，如刻面型寶石和寶石的各種平面，也可以出弧面造型，如珠型寶石和凸面寶石。盤磨機(jī)結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，它與輪磨機(jī)的部件相似，不同的是輪磨機(jī)主動(dòng)軸是水平安裝的，磨削面是豎直的，而盤機(jī)主動(dòng)軸則是垂直方向的，磨削面是水平方向的。其主要部件有主動(dòng)軸、軸承、防濺盆（圖2－9）。圖2-9盤磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（三）帶磨機(jī)帶磨機(jī)的磨具是砂帶，主要用于磨削寶石的各種弧面，因其磨削時(shí)，展削面大，故展削效率較高，目前已用得越來越多。圖2-10帶磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖帶磨機(jī)主要部件有2個(gè)軸筒（多用橡皮制成）：1、主動(dòng)軸筒，與電動(dòng)機(jī)連接；2、被動(dòng)軸筒。環(huán)狀砂帶套在兩個(gè)軸筒上，主動(dòng)軸筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，靠砂帶帶動(dòng)被動(dòng)軸筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，其他部件還有軸承、防濺罩、水槽等（圖2－10）。為了更換砂帶方便，被動(dòng)軸筒有時(shí)在支架上有上下移動(dòng)裝置，這樣既可以松動(dòng)砂帶，也可以張緊砂帶。（四）滾磨機(jī)滾磨機(jī)主要作用是磨削除去寶石毛坯的棱角，使之變圓滑。其主要部件有滾筒、主動(dòng)軸和軸承、被動(dòng)軸等（圖2－11）。圖2-11滾磨機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖滾桶放在主動(dòng)軸和被動(dòng)軸上，它靠主動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)來轉(zhuǎn)動(dòng)。而主動(dòng)軸一端用直徑較大的皮帶輪1與電動(dòng)機(jī)連接，另一端的皮帶輪2與被動(dòng)輪一端的皮帶輪3通過皮帶相連。被動(dòng)軸直徑與主動(dòng)軸直徑相同，其轉(zhuǎn)速和線速度也與主動(dòng)軸相同，它和主動(dòng)軸一起驅(qū)動(dòng)滾桶轉(zhuǎn)動(dòng)。滾桶兩端中央有兩個(gè)支掌軸支撐，以便使其轉(zhuǎn)動(dòng)平衡，桶內(nèi)空間為正八面體形，內(nèi)衫有橡膠板，通常厚約5－6mm，其作用是為了減少桶壁磨損和噪音。三、拋光設(shè)備大多數(shù)加工廠家不設(shè)置專門的拋光設(shè)備，而是用磨削設(shè)備更換磨具磨料來替代。因?yàn)閽伖夤ば蚝图?xì)磨工序操作規(guī)程和方法基本相同。圖2-12(a)振動(dòng)拋光機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2-12(b)滾筒拋光機(jī)四、鉆孔設(shè)備鉆孔設(shè)備主要用于珠型和異型的打孔，或珍珠的打孔。目前，常用的鉆孔設(shè)備有二種：機(jī)械鉆孔和超聲波鉆孔機(jī)。（一）機(jī)械鉆孔機(jī)機(jī)械鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)（如圖2－13），電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪和皮帶驅(qū)動(dòng)鉆動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磨料隨鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就可以磨削寶石，形成孔眼。鉆桿的鉆進(jìn)可以用鉆頭升降操作控制，打穿后，可以退出。（二）超聲波鉆孔機(jī)這是近些年才發(fā)展起來的新型鉆孔設(shè)備，它將超聲波的電振蕩通過放大和轉(zhuǎn)換為同一頻率的機(jī)械振動(dòng)來實(shí)施穿孔，其結(jié)構(gòu)（如圖2－14）。它主要由超聲波發(fā)生器、振動(dòng)系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)構(gòu)成。其中振動(dòng)系統(tǒng)由電致伸縮換能器，磁致伸縮換能器、耦合放大桿、變幅桿和工具頭幾部分組成。換能器的主要作用是超聲波的聲振蕩轉(zhuǎn)換成軸向的機(jī)械振動(dòng)，耦合放大桿則是將換能器產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)傳遞給變幅桿和工具頭，并放大這種振動(dòng)。變幅桿的作用是擴(kuò)大振幅。輔助系統(tǒng)包括機(jī)身、磨料及冷卻液供給系統(tǒng)。近幾年來相繼出現(xiàn)了采用新技術(shù)裝備起來的新型設(shè)備，如自動(dòng)研磨機(jī)、激光切割機(jī)和打孔設(shè)備、超聲波切割設(shè)備等。這些設(shè)備多采用電子技術(shù)、激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。另外，為了提高加工工效，帶多頭工具的設(shè)備也開始被廣泛作用，如多刀切割機(jī)、多頭研磨床和多頭鉆孔機(jī)等。這類設(shè)備可以使寶石加工的工效成倍提高，且設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，因而深受廣大廠家歡迎。2、1、2工藝材料一、磨料二、磨具一、磨料1、基本概念磨料是用于形式琢磨和拋光寶石的材料，也是制作磨具的材料。它主要是具有一定硬度和韌性的粒狀或微粉狀的礦物或礦物集合體。圖2-15自銳性示意圖寶石加工中使用的磨料一般具有以下幾方面的特性：（1）硬度高—這是磨料的基本特性。一般情況下，磨料的硬度要比被加工寶石的硬度高，而且兩者的硬度相差越大磨削的效率就越高。（2）韌性好—不會(huì)因研磨壓力而輕易發(fā)生破碎。（3）有較好的自銳性—即使在研磨壓力下發(fā)生破碎，但磨料的顆粒仍保持著尖銳的多角形。（4）耐高溫—在高溫下仍能保持其固有的強(qiáng)度和硬度。（5）化學(xué)穩(wěn)定性好—不會(huì)在加工過程中因溫度升高等因素而發(fā)生化學(xué)變化，更不會(huì)與寶石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（6）粒度和形狀均勻。2、磨料的種類及其特點(diǎn)磨料是硬質(zhì)物質(zhì)的粉末，所以種類較多。有天然的，也有人造的，但在寶石加工中常用的較少。常見的寶石加工磨料從成分上可可分為以下三類：剛玉系列、碳化物系列、金剛石系列。不同種類的磨料，其硬度、韌性、脆性、導(dǎo)熱性、自銳性等不同，因而其所能磨削的材料的性質(zhì)也不同。表2－1磨料的種類

普通磨料天然磨料剛玉、石榴石、石英砂等人造磨料剛玉系（G）白剛玉、棕剛玉、單晶剛玉、微晶剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉、燒結(jié)剛玉碳化物系黑碳化硅、綠碳化硅、碳化硅、立方碳化硅超硬磨料（金剛石系）天然金剛石、人造金剛石（1）金剛石金剛石是目前已知最硬的材料，其顯微硬度是10000Kg/mm2，摩氏硬度為10，金剛石有一定的韌性，同時(shí)又有較大的脆性，因而既有較好的耐磨性，又有較高的自銳性。金剛石有一定的韌性，還有較高的耐熱性。在無氧條件下，加熱到100℃，不起變化，只有在氧化條件下，在約900℃時(shí)燒成二氧化碳，金剛石的化學(xué)性質(zhì)也很穩(wěn)定，一般情況下，它不受酸堿的腐蝕作用。另外，金剛石具有很小的熱膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱性能好。人造金剛石具有天然金剛石的主要性能，但脆性大。人造金剛石具有天然金剛石的主要性能，因而在寶石加工業(yè)中，已得到廣泛的運(yùn)用。不過，金剛石最大的缺憾是價(jià)格太高，加工使用中，成本較高。為此，在許多中，低檔寶石加工中，不采用金剛石作磨料，而用碳化硅或其他磨料。（2）碳化硅碳化硅的硬度比金剛石低，顯微硬度為3000~3400Kg/mm2，是一種性脆、棱角鋒利的磨料，但韌性較低。其切削能力相當(dāng)于金剛石的0.28倍，一般多用于寶石及其原石的切割和磨削。碳化硅的價(jià)格較低，是寶石加工中應(yīng)用最多的一種磨料。尤其是在中、低檔寶石中用得多。（3）碳化硼（B4C）碳化硼的硬度依次于金剛石，顯微硬度為4000~5000Kg/mm2，由于具有高硬度及較好的耐磨性，故多代替金剛石作為研磨和拋光中，高檔寶石的磨料。（4）剛玉類磨料剛玉類磨料在寶石加工中運(yùn)用不如前三種磨料廣，這主要是因?yàn)閯傆竦捻g性較好，耐磨性能好，相應(yīng)的自銳性就較低，這比較適合于磨削那些高硬強(qiáng)韌性的鋼料和合金材料，在寶石中，可用于磨削韌性較大的翡翠、虎睛石，而對(duì)其他寶石，其磨削能力不如金剛石和碳化硅。

表2－2三種主要磨料性能對(duì)比（以金剛石為基準(zhǔn)）

磨料主要化學(xué)成分顯微硬度導(dǎo)熱系數(shù)磨削能力金剛石C111剛玉Al2O30.20～0.240.0120.10～0.13碳化硅SiC0.28～0.340.0270.25～0.283、磨料的選擇及磨料的粒度磨料是寶石加工中的重要輔料，它是一種具有一定硬度和韌性的粉狀或粉末狀物質(zhì)。寶石加工過程中，選擇磨料主要是根據(jù)磨料的粒度和硬度兩個(gè)方面來進(jìn)行的。首先所選擇的磨料的硬度要比被加工寶石的硬度高；再者，隨著寶石加工工序的進(jìn)展，所用磨料的粒度也越來越細(xì)，直到拋光工序中所用的磨料粒度僅為W0.5-W3.5。磨料的粒度就是指磨料顆粒粒徑的大小，一般有粗細(xì)之分，其用途也不盡相同。一般來說，粒度較大的磨料多用于寶石的切割、倒棱等。而各個(gè)小面的精磨和拋光則用粒度較小的磨料。磨料的粒度一般用粒度號(hào)或基本粒尺寸表示。而這些粒度號(hào)是通過篩分選出來的。即每種粒度的磨料有其大致的粒度范圍，通常以篩孔數(shù)來表示，所謂的篩孔數(shù)是指某種磨料的粉末能通過每平方厘米有多少篩孔的篩子而不能通過下一級(jí)篩子。如100#的磨料是指這種磨料能通過每平方厘米120個(gè)篩孔的篩子。而習(xí)慣上，顆粒尺寸大于63μm的磨料稱為磨粒類磨料，以篩分法測(cè)定其粒度。顆粒尺寸小于63μm的磨料稱為微粉類磨料，以顯微鏡分析法測(cè)定其粒度。表2－3磨料、磨具各粒度

的適用范圍表粒度號(hào)適用范圍40#——80#大塊原石切割，毛坯倒棱100#——120#片料、條料機(jī)小塊料切割，毛坯倒棱、沖坯150#——220#成形粗磨、預(yù)型、穿孔、小粒寶石切割機(jī)修整240#——W40成形細(xì)磨、穿孔W28----W14成形精磨W10----W0.5成形粗拋光、精拋光表2－4主要國(guó)家磨料粒度粒徑對(duì)照表（磨粒類）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO中國(guó)GB2477-83美國(guó)ANSI(74)日本粒度號(hào)#基本粒粒徑μm粒度號(hào)#基本粒粒徑μm粒度號(hào)#基本粒粒徑μm粒度號(hào)#基本粒粒徑μm46425-35546425-35546420-35446420-35054355-30054355-30054354-29754350-29760300-25060300-25060297-25060297-25070250-21270250-21270250-21070250-21080212-18080212-18080210-17780210-17790180-15090180-15090177-14990177-149100150-125100150-125100149-125100149-125120125-106120125-106120125-105120125-105150106-90150106-90150105-88150105-8818090-7518090-7518088-7318088-7322075-6322075-6322073-6322073-6324063-5324063-5324063-5324063-53表2－5主要國(guó)家磨料粒度粒徑對(duì)照表（微粉類）德國(guó)DIN中國(guó)GB2477-83美國(guó)USAS(74)日本JIS(76)粒度號(hào)#基本粒粒徑μm粒度號(hào)#基本粒粒徑μm粒度號(hào)#基本粒粒徑μm粒度號(hào)#基本粒粒徑μm24087.5-73.528073.5-62OS5353±3W6363-5024053.5-5032062-52.5OS4544.5±2W5050-4036052.5-4428044-4040044-37OS3736.5±1.5W4040-2832036-32.550037-31OS2929.2±1.536028.8-25.860031-26OS2322.8±1.5W2828-2040023.6-20.670026-22OS1717.5±150019.7-16.780022-18OS1312.8±1W2020-1460016-13100018-14.5W1414-10120014.5-11.5OS99.3±1W1010-780012.3-9.8150011.5-8.910009.3-8.620008.9-7.1OS78.5±1W77-525007.1-5.9OS54.5±0.8W55-3.512006.5-4.530005.9-4.7OS33±0.5W3.53.5-2.5

表2－6主要國(guó)家金剛石

磨料粒度對(duì)照表中國(guó)德國(guó)和瑞士美國(guó)和日本俄羅斯粒度號(hào)基本粒粒徑μm粒度號(hào)基本粒粒徑μm粒度號(hào)基本粒粒徑μm粒度號(hào)基本粒粒徑μm46400-315D350400-30046424A32400-31560315-250D250300-20060320A25315-25070250-200D200200-15070250A20250-20080200-160D150150-12080220A16200-160100160-125100140A12160-125120125-100120120A10125-100150100-80D100120-8015092A8100-8018080-63D7080-6018070A680-6324063-50D5060-3824060A563-5028050-4028050A450-40W4040-2840038AM4040-28W2828-20D3038-1860030AM2828-20W2020-14D1518-970022AM2020-14W1414-10100015AM1414-10W1010-7D79-5150010AM1010-7W77-520007AM77-5W55-3.5D35-230005AM55-34、拋光劑理論上認(rèn)為，寶石的拋光效果與拋光劑的種類無關(guān)，而僅與操作人員的技術(shù)有關(guān)，從某種意義上講是有道理的。但是，再不影響寶石外觀的情況下，如果既要獲得好的拋光效果，又要求高的拋光效率，就需要選擇使用拋光劑。一般情況下，拋光劑的硬度要比被拋光的寶石的硬度大，這樣，寶石表面的磨削速度快，拋光效率高。例如，金剛石拋光劑的拋光效率總是比其他拋光劑的效率高。有些拋光劑不能拋光多孔隙的寶石，否則拋光劑受到拋光壓力進(jìn)入孔隙，影響寶石的外觀。拋光是研磨的一部分，所以拋光劑應(yīng)是一種極精細(xì)的磨粉。拋光劑又是一種特殊的磨料，因?yàn)椴粌H僅是具有硬度高的磨料如金剛石、碳化硅、剛玉等才能作為拋光劑，由于寶石拋光的特殊原理，可以使一些硬度不高的微粉材料也可以作為拋光劑。拋光劑是一種特殊的磨光材料，它與上述的磨削材料有一定的區(qū)別（主要是在加工寶石的機(jī)理方面）。通常對(duì)拋光劑的要求有以下幾點(diǎn)：①外觀均勻不含雜質(zhì)；②粒度基本均勻一致；③有適當(dāng)?shù)挠捕群捅戎兀虎苡幸欢ǖ谋砻婊钚?；⑤有良好的分散性和吸收性。?）硅藻土?；瘜W(xué)成分是SiO2，礦物成分以蛋白石為主，其粉狀物呈白色或微黃白色，硬度在5.5～5.6之間，多用于瑪瑙、翡翠等韌性較大的寶石或部分高硬度的寶石（如藍(lán)寶石、海藍(lán)寶石）的拋光；（2）氧化鉻。俗稱綠粉，是常用的拋光劑，化學(xué)成分是Cr2O3，硬度5～7，粉狀物常顆粒不均勻，多用于硬和中軟（硬度6～3）的寶石拋光，對(duì)翡翠、孔雀石、松石、水晶等的拋光效果頗佳。但有易污染的缺點(diǎn)，不適用于有微裂隙、孔隙的淺色寶石的拋光；（3）氧化鋁。包括鋁礬土、鋁氧粉、藍(lán)寶粉、紅寶粉和人造紅寶粉等幾個(gè)品種，主要化學(xué)成分都是Al2O3。不同的是，制造的原料、制備方法和純度不同而已，其中的鋁氧粉是不純的氧化鋁粉，人造紅寶石分選而精制成的人造剛玉粉，鋁礬土和鋁氧粉由于價(jià)廉，在珠型和異型寶石的拋光中大量使用，但拋光效果不及紅寶粉，紅寶粉和人造紅寶粉多用于各種刻面型或凸面型寶石的拋光，效果極佳。（4）氧化鈰。是粉紅略帶微黃，對(duì)于脆性的中硬寶石拋光效果極好（如水晶類、橄欖石、鋯石、海蘭寶石、碧璽等），一般將氧化鈰配制成研磨膏，進(jìn)行拋光作用；（5）三氧化二鐵。俗稱紅粉或鐵丹，呈深紅色，多用于中硬以下的寶石拋光，拋光效果不及氧化鈰，且由于易污染、難清除，而不常用。（6）二氧化錫，俗稱錫粉。主要含氧化錫，次含碳酸鈣和碳酸鎂及少量草酸，也可用于各種硬寶石的拋光，但效果不及氧化鈰；（7）二氧化鋯（ZrO2）。呈濃艷紅棕色，其拋光適用范圍也是中硬以下的寶石，但拋光效果比紅粉好。（8）鉆石粉在所有拋光劑中無論從拋光效率或是拋光效果上看鉆石粉是最理想的。金剛石粉又稱鉆石粉，化學(xué)成分C，呈白色或灰白色。常見的金剛石粉以人造金剛石粉較多見。除上面幾中常見的拋光劑外，還有氧化鋅、氧化鎂等。這些拋光劑，運(yùn)用適當(dāng)，均可獲得令人滿意的拋光效果。圖2-15鉆石粉二、磨具磨具是寶石加工最重要的切割、磨削和拋光工具，根據(jù)其在加工中作用不同，可分為三大類：切割磨具、磨削磨具和拋光磨具。若根據(jù)磨具與磨料的附著關(guān)系，又有游離磨料磨具和固著磨料磨具之分。1、固著磨料磨具固著磨料磨具是指磨料被某種結(jié)合成一定形狀的工具或附著于某種基體（或刀基）上而成的磨具。固著磨具是寶石加工過程中非常重要的工具，是將磨料利用結(jié)合劑粘結(jié)在一起而形成的琢磨工具。這些結(jié)合劑有：陶瓷結(jié)合劑、樹脂結(jié)合劑、橡膠結(jié)合劑、金屬結(jié)合劑。在寶石加工中常用金屬結(jié)合劑，如鋼質(zhì)磨盤、拋光盤等。常見的固著磨具根據(jù)其所用磨料不同分為金剛石磨具和碳化硅磨具兩種。又根據(jù)其在不同加工過程中所起的作用不同，將其分為：切割磨具，磨削磨具和拋光磨具。（1）切割固著磨具：切割磨具主要是指金剛石鋸片。（2）磨削固著磨具：磨削磨具的種類較多，形式多樣，常見的有砂輪，沙盤和沙帶。常見的有：金剛石粉鋸片、砂輪（碳化硅砂輪和金剛石砂輪）、砂帶（碳化硅）、砂盤（金剛石）等。決定它們基本性能的參數(shù)有：①磨料種類；②磨料的粒度；③結(jié)合劑的種類；④磨具的硬度；⑤組織、氣孔率；⑥磨具形狀和尺寸。（1）金剛石鋸片金剛石鋸片在非金屬材料（石料、玻璃、陶瓷、光學(xué)晶體、寶石）的切割中，應(yīng)用很普遍，寶石切割中所用的金剛石鋸片直徑一般在50~450mm之間，厚度（鋸片邊緣有效金剛石粉層和刀基厚度之和）為0.15~4mm。A、鋸片的組成金剛石鋸片的構(gòu)成要素：刀基、金剛石粉和粘結(jié)劑。①刀基：是承載金剛石粉，并支撐磨料進(jìn)行磨削的金屬薄片，其特征有：a.在正常工作壓力下，不易發(fā)生變形或破損。b.與金剛石粉的粘結(jié)劑有較強(qiáng)的粘結(jié)力，使金剛石在正常工作壓力作用下有一定保持率；c.有一定的硬度和耐磨度；d.在保證上面3個(gè)性質(zhì)的前提下，可制成很薄的圓薄片。不同用途的鋸片，其刀基材料也不盡相同，切割大塊料大金剛石鋸片刀基多采用錳鋼或錳硅鋼簿片；切割中等料的中型鋸片刀基等用軟鋼片或沖壓鐵皮和冷軋鐵皮；切小石的鋸片也可用簿軋鐵皮或青銅片。②金剛石粉。切割寶石用的金剛石粉粒度從46#→W40都可用，大鋸片常用46#→80#，中型鋸片用100#→180#，小鋸片240#→W40。③粘結(jié)劑。金剛石鋸片的粘結(jié)劑是把金剛石粉粘結(jié)于刀基于的材料，通常用金屬粉和電鍍金屬為粘結(jié)劑，這是因?yàn)榻饘僬辰Y(jié)劑有結(jié)合力強(qiáng)、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng)、可承受較大負(fù)荷等特點(diǎn)，故用于切割脆性非金屬材料的鋸片粘結(jié)劑非常合適。B、金剛石鋸片的制作方法。金剛石鋸片品種繁多，但從制作工藝上來看，可將其分為兩大類粉末冶金法鋸片和滾壓——電鍍法鋸片。粉末冶金法鋸片的制作方法粉末冶金法鋸片是將鉆石粉與金屬材料的粉末（常用黃銅粉）相混合將這種混合物壓入一個(gè)特殊的薄環(huán)內(nèi)，經(jīng)加熱使金剛石粉與金屬粉末融合，鑄造成一個(gè)圓環(huán)。此后將此圓環(huán)焊接到一直徑與圓環(huán)內(nèi)徑相同的金屬刀基上。這樣就制成了一個(gè)粉末冶金法鋸片。這種鋸片的厚度一般較大，多在1mm以上，只適合于切割大塊低檔的寶石材料。多用于開石機(jī)或切塊機(jī)上。制作鋸片選用的金剛石粉粒度一般在40#——100#之間。這種方法較簡(jiǎn)單，但不能解決切割時(shí)鋸屑的及時(shí)排除問題，所以現(xiàn)在制作多采用分段粉末鑄造熱壓法或冷壓法。一種是指鋸片的刀口是由若干段弧形薄片組成的，各弧形中間有一定的間隙或豁口，是分段粉末冶金法在焊接在刀基上而制成的。如圖2-16：由于各段之間有間隙。有利于清除鋸屑。圖2-16熱鑄鉆粉鋸片示意圖另一種是將鉆石粉和黃銅粉或其他金屬粉末熔合鑄壓成形狀相同的小片。在刀基邊緣銑出若干個(gè)與小片相同大小的缺口，再將鑄壓的小片嵌入缺口中。由于鑄造的小片比刀基的厚度大，這樣切割時(shí)鋸口與刀基間存在一間隙，不僅有利于冷卻液進(jìn)入，同時(shí)也有利于鋸屑的排出。滾壓——電鍍法鋸片

的制作方法。滾壓——電鍍法鋸片的制作方法是：先將作刀基的金屬圓片兩側(cè)邊緣按一定寬度內(nèi)向中心銑槽。銑槽的寬度為0.15——0.25mm，長(zhǎng)度為0.7——1.1mm間隙相等。然后將銑有小槽的刀基裝入如圖2-1-8所示的滾壓裝置中，將金剛石粉用適量的甘油調(diào)成糊狀。并將其均勻地涂在滾壓鋼輪上，隨著滾壓壓力的增大，銑槽內(nèi)便被金剛石粉充填堅(jiān)實(shí)，并使槽內(nèi)金剛石粉略突出刀基面。滾壓完畢后再將鋸片進(jìn)行電鍍，從而使金剛石粉被電鍍金屬保護(hù)而牢固地附著在刀基邊緣的銑槽中?；塾信c邊緣線垂直的，也有與邊緣線斜交的。前者安裝使用無方向，后者有規(guī)定的方向。滾壓——電鍍鋸片在寶石切割中應(yīng)用最為廣泛，因其制作成本低，規(guī)格全、刀口薄，切割時(shí)對(duì)寶石材料的損失最小。圖2-17鋸片C、鋸片的選擇：現(xiàn)在的切割鋸片多為固著磨料磨具，并且多為金剛石鋸片。選擇鋸片時(shí)根據(jù)寶石原料的性質(zhì)或塊度來決定，不同切割機(jī)所用的鋸片也不同。1.不同的寶石切割機(jī)所用的鋸片不同。開石機(jī)和切塊機(jī)所用的鋸片一般直徑較大，在200mm以上，厚度也在1mm以上；而小型臺(tái)式寶石切割機(jī)所用鋸片一般直徑在200mm以下，厚度也在1mm以下。其中以直徑110——150mm,厚度0.2——0.3mm最為常見。2.寶石原料的塊度也決定了使用不同的鋸片。對(duì)于塊度較大的寶石原料進(jìn)行切割時(shí)（幾百克以上）選用切割鋸片的直徑一般在200mm以上，厚度也在1mm以上；而較小的原料塊度（幾十克以下）則多選用直徑200mm以下，厚度0.3mm左右的鋸片。D、鋸片的安裝。鋸片在安裝時(shí),如果是滾壓電鍍法制作的鋸片，其銑槽與邊緣線垂直，安裝時(shí)無方向性要求，只要將鋸片穩(wěn)固于法蘭盤上，保持鋸片與法蘭盤的準(zhǔn)確同心，固定螺絲即可。如果不同心會(huì)使鋸片不能完全使用，從而縮短鋸片使用壽命。如果銑槽與邊緣線斜交，則使用時(shí)有規(guī)定方向。安裝時(shí)則要根據(jù)其標(biāo)示的旋轉(zhuǎn)方向安裝,使其標(biāo)示方向與動(dòng)力軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。圖2-18：鋸片的安裝E、注意事項(xiàng)鋸片平時(shí)應(yīng)放置在平整的平面上，切忌重壓或撞擊使其變形。規(guī)定旋轉(zhuǎn)方向的鋸片應(yīng)安規(guī)定安裝，否則不但會(huì)影響切割效率，而且會(huì)使鋸片的壽命縮短。對(duì)于貴重寶石原料切割時(shí)盡可能選擇較薄的鋸片，以降低刀口損耗。（2）砂輪寶石加工中常用碳化硅砂輪和金剛石砂輪，其基本特征如下：（1）磨料種類。碳化硅和金剛石。（2）磨料粒度。一般在46#→240#之間。（3）粘結(jié)劑。常用的有四種；樹脂、陶瓷、橡膠和金屬。結(jié)合劑類型代號(hào)磨具性能及應(yīng)用陶瓷結(jié)合劑A耐熱，不怕水、油及酸堿，硬度高，耐磨性強(qiáng)，磨削效率較高但性脆，適合磨削高硬度脆性寶石樹脂結(jié)合劑S有一定彈性，耐沖擊，自銳性好，磨削效率較高，但耐熱抗酸堿性差，適合磨削中硬以下韌性寶石橡膠結(jié)合劑X有較高強(qiáng)度，自銳性好，耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性差，很少用于寶石加工金屬結(jié)合劑J結(jié)合力強(qiáng)，耐用磨性好使用壽命長(zhǎng)，但自銳性較差，磨削效率一般，適于磨削各種寶石表2－7幾種結(jié)合劑的性能（4）砂輪硬度：是指砂輪粘劑固結(jié)磨料的強(qiáng)度，也就是在外力作用于砂輪表面時(shí)，粘結(jié)劑抵抗外力使磨料從磨具表面脫落的難易程度。磨料容易脫落的，磨具硬度就低，反之硬度就高。一般說來，各種粘結(jié)的磨具硬度有下面變化：樹脂粘結(jié)劑磨具硬度＜陶瓷磨具＜青銅磨具＜電鍍金屬磨具。（5）砂輪組織：指砂輪中磨料、粘結(jié)劑和氣孔三者之間的體積比例關(guān)系，即砂輪結(jié)構(gòu)的松緊程度。（6）砂輪形狀和尺寸：寶石加工中常用的碳化硅輪有平行砂輪、單斜邊砂輪和磨針砂輪。直徑150~250mm，厚15~50mm。金剛石砂輪和碳化硅砂輪相比，具有磨削效率高、磨損小、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，目前使用不很普遍。金剛石砂輪由磨料、粘結(jié)劑和基體三部分組成（下圖），不同于碳化硅砂輪（由粘結(jié)劑和磨料組成）的是，金剛石砂輪的粘結(jié)劑主要是青銅和電鍍金屬，基本一般用鋼輪或其他金屬輪，在砂輪中，最外層的工作層是用金屬粘結(jié)劑和金屬石粉構(gòu)成，在工作屬與基體間有一定過渡層，主要是由粘結(jié)劑組成，主要作用是焊接基體和工作層。金剛石砂輪制作多采用粉末冶金工藝。圖2-19砂輪形狀圖圖2-20金剛石砂輪結(jié)構(gòu)圖（3）砂帶砂帶的特點(diǎn)是承載磨料的基體為帶狀，故稱為砂帶。砂帶所用的磨料常以碳化硅為主。其構(gòu)成有：磨料、結(jié)合劑和基帶。結(jié)合劑多為樹脂，基帶多為織物基帶。如圖2-21：圖2-21砂帶結(jié)構(gòu)圖基帶上的粘結(jié)劑有兩層，底層結(jié)合劑薄而密，其作用主要是為防止表面粘結(jié)劑透過基帶，同時(shí)保證磨料與基帶表面的結(jié)合強(qiáng)度；而表面粘結(jié)劑主要是為了把持磨料。砂帶的帶寬一般在30mm——60mm之間。砂帶主要用于弧面形寶石的磨削加工，刻面寶石基本上不用。砂帶所用磨料以碳化硅為主，其特點(diǎn)是磨削面積大、效率高，適用于弧面寶石的初形磨削，但磨損大和耐用程度低。（4）磨盤（砂盤）常見的磨盤以金剛石磨盤為主，碳化硅磨盤較少見。金剛石磨盤也叫金剛石砂盤、鉆粉磨盤，是刻面型寶石加工最重要，也是使用最普遍的一種磨具。其結(jié)構(gòu)主要由金剛石粉、金屬粘結(jié)劑和基盤組成。如圖2-22：圖2-22砂盤結(jié)構(gòu)圖金剛石磨盤的制作方法有兩種：一種是粉末冶金法（粉末冶金法法）制作而成的磨盤，其工作層中金剛石粉為多層，厚度較大；過渡層僅由結(jié)合劑組成，結(jié)合劑一般使用銅粉和錫粉等。這種磨盤的特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，但造價(jià)高。另一種是電鍍法制作的金剛石磨盤，其電鍍層一般是鎳金屬，起到連接基盤和把持金剛砂的作用。電鍍時(shí)要求電鍍層包住磨粒的三分之二；如完全蓋住則磨料的自銳性較差，反之磨料易脫落。金剛石粉層一般僅一層。相對(duì)于前一種方法制作的磨盤來說，電鍍磨盤使用壽命較短。金剛石磨盤的基盤一般為1mm厚的冷軋鋼板，直徑一般在150mm—200mm之間，所用金剛石粉的粒度在120#—1200#之間。金剛石磨盤的磨削效率高，而且平面度好，精度高，廣泛運(yùn)用于寶石的圍型、粗磨、細(xì)磨和精磨等加工工序中。2、游離磨料磨具游離磨料磨具是指磨料未粘附于磨具基體上，而且是在磨具工作面上處于游離分散狀態(tài)，此種磨具一般僅起支撐磨料進(jìn)行磨削作用，而不把持磨料。（1）磨盤：由于磨料處于游離狀態(tài)，故磨盤都是平放的。磨盤一般采用金屬材料制作。選擇金屬材料時(shí)主要考慮兩個(gè)因素：①磨削速度，越快越好；②耐磨性，越耐磨越好。表2－8幾種材料的

相對(duì)磨削速度表2－9幾種材料的耐磨指數(shù)表2－10幾種材料作

磨盤的適用性圖2-23幾種常見磨盤形狀（2）拋光磨具拋光所用的磨具主要是游離磨料磨具，即磨料粒粘附于磨具基體上，而是在其工作面上處于游離分散狀態(tài)；這種磨具一般僅起到支撐磨料進(jìn)行磨削的作用，而不把持磨料；現(xiàn)在多用于寶石的拋光，很少用于寶石的磨削?？堂鎸毷膾伖庵饕糜诰哂幸?guī)則幾何平面的工件，這些平面應(yīng)近似于一個(gè)理想平面，所以對(duì)拋光磨具的選擇性較強(qiáng)。通常選用抗壓力較強(qiáng)的材料，如金屬、塑料、木材等。行業(yè)中稱這些金屬拋光盤為“硬盤”；將塑料、瀝青、樹脂、木材等材料制作的拋光盤稱為“中硬盤”。而用于拋光弧面型寶石的拋光盤，通常是用毛氈、皮革、毛呢等柔軟材料制作的，行業(yè)中稱這類拋光盤為“軟盤”。（1）硬盤：制作硬盤的材料很多，有金屬材料，如紫銅拋光盤等；也有合金拋光盤，如錫合金盤、鋅合金盤、鋁合金盤等。硬盤具有導(dǎo)熱性好、韌性好、彈性差、易修理，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。用它拋光的平面平整度好。硬盤的形狀以平面盤為主，直徑在150mm——300mm之間，厚度一般不小于10mm。用于刻面型寶石拋光：金剛盤（硬盤）。（2）軟盤——軟質(zhì)拋光盤最大的特點(diǎn)是拋光面在受到寶石的壓力時(shí)會(huì)形成一個(gè)屈服表面，這個(gè)屈服表面對(duì)于弧面寶石的拋光非常有效。軟盤通常是由基盤和拋光層構(gòu)成?；P的材料多用鐵、木材等材料；拋光層的材料只要具有良好的彈性、滲透性和吸附性等特點(diǎn)就可以選用。這種材料有利于拋光劑的存貯，同時(shí)能增大寶石拋光面與拋光盤的有效接觸，提高了拋光效率。軟盤僅適合于弧面、球形及其它不規(guī)則表面的拋光。凸面型：用于珠型等弧面寶石拋光：毛氈、皮革、布和毛呢等制成的軟盤。圖2-24軟面拋光盤的結(jié)構(gòu)圖2-25軟面拋光盤的形狀（3）中硬盤——中硬盤介于硬盤和軟盤之間，適用性較強(qiáng)。其耐磨性、吸附性及彈性也介于軟盤和硬盤之間，兼有兩者的優(yōu)缺點(diǎn)。中硬盤材料有：瀝青、塑料、尼龍、樹脂和木材等。用于刻面和部分弧面拋光。以上三種拋光盤，其硬度越高，拋光面就越近似理想平面，各拋光面之間接觸棱線就越鋒利、挺拔；拋光盤的硬度越低，則被拋光面的平面度就越差，各面之間的接觸棱線就越不分明；但同時(shí)，拋光的光潔度就越高，寶石光澤體現(xiàn)的就越好。拋光盤在選用時(shí)應(yīng)充分考慮到寶石的特性，以及寶石拋光表面要體現(xiàn)的重點(diǎn)，若幾種方案都有相同或相近的美學(xué)價(jià)值時(shí)，選用能產(chǎn)生最大商品價(jià)值的方案，通過制作模擬塊，進(jìn)行試琢磨，從中評(píng)判各方案的優(yōu)劣。2、1、3輔料1、冷卻液（1）冷卻液的作用：①冷卻作用，②清洗作用，③潤(rùn)滑作用（2）冷卻液的種類：寶石加工的整個(gè)過程都是一個(gè)磨擦和磨削的過程，其間會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果這些熱量不及時(shí)疏散而集中在被加工件——寶石上，寶石就可能會(huì)因溫度的驟然變化而造成損傷，所以寶石加工的整個(gè)過程都離不開冷卻。這就要求在加工中用冷卻液來轉(zhuǎn)移或分散這些因磨擦而產(chǎn)生的熱量。①油（柴油、機(jī)油、縫紉機(jī)油）：熱量大，表面張性大，潤(rùn)滑性好，但清洗能力差，常用于寶石的切割和拋光；②水：熱容大，表面張性較大，清洗力較強(qiáng)，但潤(rùn)滑性較差，汽化力強(qiáng)，價(jià)低廉，適用性比較好。用于寶石的切割、研磨、拋光等。③皂化液：熱容較小，表面活性大，張力大，清洗能力強(qiáng)，潤(rùn)滑性也較好，常代水作冷卻液。表2－11冷卻液種類及適用性冷卻液特點(diǎn)與適用性油（柴油、機(jī)油、縫紉機(jī)油）熱容大，表面張性大，潤(rùn)滑性好，但清洗能力差，常用于寶石的切割和拋光，可以保護(hù)鋸片、磨具不銹蝕，由于易燃，使用時(shí)要注意安全。水熱容大，表面張性較大，清洗能力較強(qiáng)，但潤(rùn)滑性較差，汽化力強(qiáng)，價(jià)低廉，使用性較好，常用于寶石的切割、研磨和拋光等各道工序。皂化液熱容較小，表面活性大，張力大，清洗能力強(qiáng)，潤(rùn)滑性也較好，常代替水作冷卻液。2、粘結(jié)材料寶石加工中對(duì)粘結(jié)材料的要求有如下幾點(diǎn)：（1）具良好的粘結(jié)性；（2）適當(dāng)?shù)能浕c(diǎn)，有良好的熱穩(wěn)定性；（3）具良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不與寶石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（4）無毒、無雜質(zhì)。常用的有：蟲膠、火漆膠、紅膠。表2－12粘結(jié)劑的主要種類和配比及流動(dòng)溫度3、清洗材料主要用于清洗粘結(jié)劑，寶石表面的油污和灰塵等，常用的有堿性溶液、酸性溶液和有機(jī)溶液。表2－13幾種主要的清洗材料清洗液組成用途K2CO3水溶液Na2CO3水溶液5%K2CO3+95%水5%Na2CO3+95%水清洗寶石表面的有機(jī)物碳酸鈣用水調(diào)成的糊狀物擦拭寶石拋光面上的附著物苛性堿溶液KOH0．5%-2．5%水溶液NaOH0．5%-2．5%水溶液清洗寶石表面油漬或污點(diǎn)稀鹽酸10%的1：1HCL的水溶液清洗磨盤或拋光盤表面的金屬氧化物醋酸10-50%醋酸水溶液清洗寶石表面的油污和臟點(diǎn)酒精50%以上酒精水溶液清洗寶石表面的殘留膠表2－14常用有機(jī)溶劑的特點(diǎn)和能容的物質(zhì)溶劑

特點(diǎn)

能溶解的物質(zhì)乙醇無色，透明，易揮發(fā)，易燃，能溶于水、乙醚、苯等有機(jī)溶劑蟲膠、松香、瀝青、樹脂乙醚無色，透明，易揮發(fā)，易燃，易溶于乙醚、苯等有機(jī)溶劑，具麻醉性油脂、松香、瀝青、蠟以及他們的混合物松節(jié)油無色—棕色，具有特殊氣味，易揮發(fā)，易燃，能溶于乙醚、乙醇等松香、蠟以及他們的混合物、樹脂等汽油無色—淺黃色，透明，易揮發(fā)，易燃瀝青、松香、蠟丙酮無色，透明，易揮發(fā)，易燃，能溶于水、醚、醇及大多數(shù)油類等樹脂、油漆、有機(jī)物甲苯色，透明，易揮發(fā)，易燃，易流動(dòng)，瀝青、松香、蠟、樹脂本節(jié)小結(jié)本節(jié)主要介紹了寶石加工主要設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理，寶石加工工具的種類及其結(jié)構(gòu)以及寶石加工工藝材料、輔料種類及特點(diǎn)。本節(jié)思考寶石加工磨料的種類、粒徑不同，其應(yīng)用有何差別？寶石加工拋光盤的種類及其差別何在？第二節(jié)寶石加工原理本節(jié)要點(diǎn)本節(jié)內(nèi)容本節(jié)小結(jié)本節(jié)思考本節(jié)要點(diǎn)寶石磨削的基本原理；寶石拋光的基本原理。本節(jié)內(nèi)容2、2、1．劈切原理2、2、2．磨削原理2、2、3．拋光原理2、2、4．加工余量及其要求2、2、1．劈切原理一、劈切法的原理二、劈切的操作方法三、劈切法的應(yīng)用和注意事項(xiàng)一、劈切法的原理就是沿已有的破裂面或已知的解理方向施加一定壓力，使其在垂直于破裂面的方向上產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力，這樣就可以使原石在失穩(wěn)狀態(tài)下發(fā)生低反應(yīng)力脆斷。二、劈切的操作方法1、首先找到解理面（或裂理面），一般有片狀階梯面，有時(shí)可見珍珠光澤或暈彩現(xiàn)象。2、用切割機(jī)的鋸片輕輕沿解理方向鋸開一淺槽，若解理完全，則會(huì)自動(dòng)裂開，若沒有裂開，可在桌角邊輕磕，或用一簿刀片插入切口，再用小木槌輕擊刀背，也可使其裂開。三、劈切法的應(yīng)用和注意事項(xiàng)1、劈切只適用于具有解理中等——完全的寶石中裂隙發(fā)育的寶石原石。2、劈切應(yīng)在認(rèn)真觀察分析原石破裂面性質(zhì)的基礎(chǔ)上有把握地進(jìn)行，若把握不大，最好不要用劈切，可改用鋸切。3、劈切應(yīng)按由外及內(nèi)，先易后難的順序進(jìn)行，先解決原石外皮的碎塊邊角，再考慮內(nèi)部的劈切。4、劈切時(shí)，施力方向要正確，著力點(diǎn)要準(zhǔn)確，用力要恰到好處，不然，可能會(huì)擊碎寶石，劈切雖然操作簡(jiǎn)單，且成本低，時(shí)效高，但風(fēng)險(xiǎn)也較大，無經(jīng)驗(yàn)者不宜試。大多數(shù)寶石原石的分割是用鋸切的方法進(jìn)行的。2、2、2．磨削原理一、磨削原理二、磨削加工的方式一、磨削原理磨削是加工中的一道重要工序，經(jīng)過這一工序，寶石已具備成品的形狀，而下一道的拋光工序，只不過是修正磨削的余量給寶石一個(gè)美麗的外觀。磨料對(duì)寶石的磨削作用，分析如下：1．磨削力（1）單粒磨削力磨削力是磨具與寶石坯料之間相互作用產(chǎn)生的作用力和反作用力。它主要是由寶石的形變及寶石與磨具的磨擦產(chǎn)生的。當(dāng)寶石的某一面與磨粒接觸時(shí)，由于寶石對(duì)磨粒有一定的壓力，所以磨粒對(duì)寶石也有同樣大小的反方向壓力。固著在磨具上的磨料顆粒（簡(jiǎn)稱磨粒），隨著磨盤的旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生與寶石的側(cè)向壓力和磨檫力作用，這就是磨粒對(duì)寶石的磨削力。磨粒對(duì)寶石磨削力的大小與寶石對(duì)磨粒的壓力、磨具的線速度和磨料與寶石之間的磨擦系數(shù)有關(guān)，同時(shí)也與磨粒的形狀有關(guān)。一般來說，磨粒棱角越尖銳，寶石對(duì)磨粒的壓力越大，磨具的線速越大和磨擦系數(shù)越大，則磨削力越大。反之磨削力就小。單粒磨料對(duì)寶石的磨削有兩個(gè)方面：對(duì)寶石表面被壓碎作用；對(duì)寶石表面的切削作用。由于磨料的硬度大于寶石，所以磨料的尖銳棱角在寶石的壓力下，刺入寶石，對(duì)寶石表面的極小區(qū)域進(jìn)行破壞，使之發(fā)生碎裂。磨粒尖頂部分壓入寶石表層的深度稱磨削深度。如圖2-27：圖2-27磨削力分解圖

Fn為徑向壓力；Ft為切向壓力；F為磨削力。H為磨削深度。切向力對(duì)寶石也有一定的側(cè)向壓碎作用，同時(shí)切向力又將已壓碎的寶石碎削帶出磨削區(qū)域，并沿切向方向切削一個(gè)槽。如圖2-28磨粒的磨削作用單個(gè)磨粒對(duì)寶石的磨削是點(diǎn)磨削或線磨削，而磨具上大量隨機(jī)分布的磨粒的磨削結(jié)果就成為磨削面。這就是磨削的基本原理。游離磨料在磨削時(shí)，磨料除了與寶石相對(duì)運(yùn)動(dòng)外，還要與磨盤作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其磨削力相對(duì)于固著磨料較小。因?yàn)槟チＴ趯?duì)寶石表面磨削時(shí)，首先在寶石表面形成裂紋層，如上圖。隨著磨粒的滾動(dòng)和對(duì)寶石的沖擊，寶石表面的碎裂層被清除去，形成高低不平的凹凸層。這種方式由于磨粒的滾動(dòng)減低其側(cè)向作用力，所以其效率不及固差磨料磨具。磨削時(shí)，寶石表面承受的壓強(qiáng)非常大，這是因?yàn)槟ゾ弑砻婵偛皇抢硐肫矫?，同時(shí)磨粒在不同方向上的尺寸、形狀不同，大小不均勻，所以寶石總是被支撐在少量磨粒上，這樣造成大顆粒磨料先接觸寶石，形成較深的破壞層，同時(shí)也使磨削過程中帶有震動(dòng)和沖擊的性質(zhì)。如圖2-29，寶石表面在震動(dòng)和沖擊的作用下，使裂紋不斷地加深，伴隨著內(nèi)應(yīng)力的釋放，寶石表面不斷地被擠出碎屑，寶石因此而受到磨削。圖2-29游離磨粒的磨削力分析（2）磨料顆粒的磨損磨料的粒度越大，其磨削力越大，磨削的深度就越大；磨削深度的增大，反映單粒磨料的負(fù)荷也增大，這種情況下，磨粒的破碎程度就增大，從而使磨具磨損加快。因此太大的磨削深度是不可取的，它不僅使磨粒破碎和尖銳棱角減少，而且使寶石表面破裂程度加重。所以應(yīng)根據(jù)磨削深度與磨削力的關(guān)系以及磨削力又受寶石給進(jìn)壓力、磨具運(yùn)轉(zhuǎn)線速度和磨具性質(zhì)的影響，適當(dāng)選定給進(jìn)壓力、磨具線速度和磨具，對(duì)于提高磨削效率，減少磨具損耗都有重要意義。2、磨削熱（1）磨削熱的產(chǎn)生磨粒與寶石接觸時(shí)，會(huì)對(duì)寶石表面產(chǎn)生壓力和摩擦力作用，由于磨具的運(yùn)動(dòng)，磨料帶有很高的能量，使寶石表面接觸點(diǎn)附近發(fā)生形變和破碎，同時(shí)另一部分動(dòng)能通過磨擦作用轉(zhuǎn)化為熱能，磨料磨削產(chǎn)生的熱能集中在磨粒磨屑以及微小的磨削區(qū)域內(nèi)，會(huì)使溫度驟增，瞬間可達(dá)800℃——1200℃甚至更高，這樣的高溫對(duì)磨具和寶石表面都有損壞作用。（2）磨削熱對(duì)加工的影響a．使寶石表面的性質(zhì)發(fā)生變化：磨削熱可以在寶石表面產(chǎn)生很高的溫度，從而使某些寶石表面發(fā)生軟化或局部熔融并重結(jié)晶。如松石、孔雀石等。b．磨削熱量在瞬間集中于寶石磨削表層，使其體積膨脹。大多數(shù)寶石的導(dǎo)熱行差，熱量難以在短時(shí)間內(nèi)傳入寶石內(nèi)部，所以，產(chǎn)生體積膨脹差應(yīng)力，當(dāng)差應(yīng)力超過寶石強(qiáng)度，就會(huì)在寶石磨削表面產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)裂紋會(huì)延伸到寶石內(nèi)部，使整個(gè)寶石發(fā)生碎裂。c．磨削熱也會(huì)使磨具發(fā)生變形，或使磨具粘結(jié)劑軟化，強(qiáng)度降低或使磨粒碎裂，從而增加磨具的損耗，降低使用壽命。由此可見，不論何種方式磨削寶石，都要使用冷卻液，冷卻液不僅起到降低磨削溫度的作用，同時(shí)還能將磨屑帶出磨削區(qū)域，對(duì)磨削效率起促進(jìn)作用。磨削的過程是寶石摩擦，磨削、沖擊、壓碎和水解擠裂的復(fù)雜作用過程。（3）影響磨削溫度的因素a．磨具轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。磨具轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度越大，磨削溫度也增加越快。b．寶石施加于磨具上的壓力，壓力越大，溫度越高。c．磨具性能對(duì)磨削溫度的影響。據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，磨粒粒度越粗，磨削溫度升高越快，一般60#和80#的磨料磨削升溫最快，46#以上磨料的磨削溫度升高不明顯；磨具硬度越大，磨削熱也越大，溫度升高也快。另外，磨具組織越緊密（或磨料濃度越大），磨削溫度也越高，這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)參加工作的磨粒多。根據(jù)上面的影響因素，在寶石加工中，為了不使磨削熱太大，一般選用硬度為中硬——硬，組織為中等的磨具，同時(shí)適當(dāng)控制磨削的線速度和寶石的工作壓力。二、磨削加工的方式1、鋸切（線形磨削）鋸切是一種磨料對(duì)原石的磨削作用而將原石分割開的磨削方式，其最主要的特點(diǎn)是磨料的磨削面是線形的，它由支撐體（鋸片）帶動(dòng)磨料對(duì)原石進(jìn)行磨削時(shí)，所產(chǎn)生的磨削是側(cè)向力，并產(chǎn)生切縫兩側(cè)的微破碎層。鋸切是寶石原石分割的最常用方法，還用于修理寶石毛坯。鋸切是用切割設(shè)備進(jìn)行的，根據(jù)不同切割要求，采用不同的切割機(jī)和不同直徑的鋸片。2、平面磨削平面磨削是指磨削工具與寶石表面的作用面是一平面的磨削方式。它的作用就是加工出平整面、平面、磨削主要應(yīng)用于刻面型寶石和棱柱狀珠型寶石的粗、細(xì)磨。平面磨削的磨具主要是各種平面磨盤，包括固著磨料平面磨盤和游離磨料的鑄鐵平面盤。有時(shí)也用砂輪的側(cè)面對(duì)寶石進(jìn)行初步平面磨削。3、弧面磨削它包括曲面磨盤磨削、軟面磨盤磨削和滾筒磨削。前面兩者主要用于凸面型寶石和珠型寶石的加工，后者主要用于橢型寶石磨削?；∶婺ハ鞯脑O(shè)備有各種輪磨機(jī)、盤磨機(jī)、帶磨機(jī)和滾磨機(jī)。4、穿孔磨削是一種點(diǎn)磨削方式，即磨料在鉆桿或鉆頭的帶動(dòng)下，在寶石面上一個(gè)很小的點(diǎn)域內(nèi)進(jìn)行磨削，產(chǎn)生一個(gè)孔眼。穿孔磨削包括機(jī)械穿孔磨削和超聲波穿孔磨，以及激光穿孔。2、2、3．拋光的基本原理

及相關(guān)知識(shí)一、拋光機(jī)理的幾種學(xué)說二、影響拋光效果的幾個(gè)主要因素一、拋光機(jī)理的幾種學(xué)說拋光工藝就是除去被加工的寶石表面前道工序留下的痕跡，使其表現(xiàn)出特有的光學(xué)特性和精確的表面平整度的過成。對(duì)拋光機(jī)理的認(rèn)識(shí)是人們?cè)趯?shí)踐中不斷探索和總結(jié)得出的。寶石的拋光機(jī)理非常復(fù)雜，到目前為止還沒有形成一種能完美解釋所有拋光現(xiàn)象的公認(rèn)的理論。目前流行的有以下三種學(xué)說。1、微粒機(jī)械磨削學(xué)說這一學(xué)說認(rèn)為，寶石的拋光過程和研磨過程一樣，都是以硬質(zhì)磨料磨削寶石表面，是研磨作業(yè)的繼續(xù)，它們之間唯一的區(qū)別僅在于加工時(shí)所采用的磨料粒度不同。當(dāng)磨料粒度越細(xì)時(shí)，磨粒在寶石表面磨削下來的磨屑就越細(xì)，拋光劑不斷地磨削寶石表面，將前道工序中留下的肉眼可見的擦痕逐漸磨掉。在寶石表面產(chǎn)生更細(xì)的微痕，當(dāng)拋光劑將這些微痕磨削到幾乎看不到時(shí)，被加工的寶石表面就會(huì)出現(xiàn)所為的“鏡面效應(yīng)”，這就是拋光面。這種觀點(diǎn)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)占有統(tǒng)治地位，它的實(shí)驗(yàn)依據(jù)有：（1）已拋光的寶石表面在高倍顯微鏡下有明顯起伏變化現(xiàn)象。（2）金剛石微粉拋光劑可以對(duì)幾乎所有的寶石進(jìn)行拋光，拋光也可達(dá)最佳效果，因?yàn)榻饎偸捕茸罡摺＃?）當(dāng)金剛石微粉（W2．5）對(duì)刻面寶石的某一小面拋光時(shí)，拋光的時(shí)間加長(zhǎng)該小面面積增大，而其周圍的小面明顯減小，表明金剛石微粉拋光劑有一定的磨削作用。（4）一般來說用硬度低于寶石硬度的拋光劑對(duì)寶石拋光，其效果不佳。（少數(shù)情況例外）（5）在一定條件下，拋光效率和拋光速度、壓力成直線或近直線關(guān)系。這種學(xué)說雖然能解釋大多數(shù)寶石的拋光機(jī)理，但對(duì)有些現(xiàn)象卻不能合理解釋，如有些寶石在拋光過程中并無明顯重量損失。例如石英類寶石，用氧化鈰或氧化鉻等拋光劑拋光時(shí)就是如此。而也有些寶石除了高硬度的拋光劑能對(duì)其實(shí)施良好拋光外，對(duì)低于寶石硬度的拋光劑也能獲得較好的拋光效果。如用硅藻土或瑪瑙粉（摩氏硬度6.5）可以對(duì)摩氏硬度為9的剛玉類寶石進(jìn)行很好的拋光。另外，有些寶石在使用某些拋光劑進(jìn)行拋光時(shí)，需要有一定的溫度和壓力條件。所有這些，上述學(xué)說是無法解釋的，因而又出現(xiàn)了流布學(xué)說和化學(xué)學(xué)說。2、流布學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為，拋光過程由于拋光劑和寶石拋光面之間的摩擦作用，引起寶石表面產(chǎn)生熱塑流動(dòng)、熱熔化流動(dòng)以及化學(xué)作用引起分子流動(dòng)等，從而形成表面塑性層或熔化層及分子層重新流布的過程。這一種表面流布的結(jié)果就可以形成平整光潔的表面結(jié)構(gòu)。成為Beilby層。Beilby層可以是非結(jié)晶性的，他可能是熱塑流動(dòng)或熱熔化流動(dòng)形成的，如瑪瑙、松石等寶石。Beilby層也可以是結(jié)晶性的，它可能是分子流動(dòng)在寶石表面凹痕處重新結(jié)晶形成的。如水晶、黃玉、海蘭寶石等用氧化飾拋光時(shí)，可能就是這種情況。根據(jù)流布學(xué)說，此類拋光需要一定的溫度和壓力。而溫度與拋光劑的種類、拋光盤和拋光時(shí)間有關(guān)。另外，要求冷卻液盡量少用或不用。所以，利用這種拋光原理，要通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定和選擇拋光劑、拋光盤和拋光時(shí)間，而且這僅對(duì)部分寶石有用。3、物理化學(xué)學(xué)說該學(xué)說認(rèn)為拋光面是拋光劑、水和寶石表層物質(zhì)之間的化學(xué)和物理化學(xué)作用的結(jié)果。對(duì)于某些硅酸鹽寶石，由于其拋光前磨削成的凸凹層和破裂層，在拋光中被水解生成硅酸鹽凝膠微薄膜。由于此硅酸鹽凝膠薄膜有很強(qiáng)的吸附性，所以當(dāng)其被拋光劑帶走時(shí)，它也會(huì)把表面微凸痕的寶石部分同時(shí)揭走，從而使寶石表面得以平整光滑，這是水與寶石表面發(fā)生化學(xué)和物理化學(xué)作用的機(jī)理。另一種情況是拋光劑參與了化學(xué)作用過程。如硅藻土對(duì)剛玉類寶石的拋光。拋光劑、水和寶石成分在拋光中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于拋光劑和水對(duì)寶石表面的這種腐蝕作用，而使寶石表面得以形成平整的拋光面。這就是低硬度的硅藻土拋光劑能拋光高硬度的剛玉類寶石的原因。以上三種學(xué)說都只能解釋一部分拋光現(xiàn)象，而對(duì)另一些現(xiàn)象不能做出令人信服的解釋，都具有一定的局限性。如果綜合以上幾種學(xué)說，那么，拋光過程就是一個(gè)機(jī)械作用、化學(xué)作用和物理化學(xué)作用的綜合作用過程。二、影響拋光效果的幾個(gè)主要因素1．拋光劑的類型拋光劑的硬度越高，其拋光效率就越好，反之就越差。如金剛石、紅寶粉等，對(duì)大多數(shù)寶石的拋光都能取得極佳的效果。另一方面，表面活性比較強(qiáng)的拋光劑（如氧化鋁，氧化鈰等）在對(duì)某些性質(zhì)寶石的拋光拋時(shí)，也可以取