宝石加工常用的工艺耗材

宝石加工常用的工艺耗材一、磨料•磨料指可用于是研磨或抛光的材料，它们是一些具有棱角和一定硬度及韧性的粉状物质，可直接研磨工件和制成磨具。1、磨料的基本特性•（1）硬度较高，一般不应低于被加工材料的硬度。•（2）韧性较好，不能因有研磨压力而易变形和被磨损。•（3）自锐性较好，即当受研磨压力而碎裂时，破碎后的各部分仍保持尖锐的多棱角状。自锐性示意图•（4）熔点或软化点较高，在研磨发热作用下，磨料尖角不易熔化或变软。•（5）化学稳定性较好，不与被加工的材料起反应。•（6）形状和粒度较均匀，每号磨料粒度在一定范围内。2、磨料粒度的分类及适用范围•（1）磨料的粒度等级•磨料粒度表示法：粒度号“＃”、“w”•粒径尺寸“μm”•磨料粒度分类：磨粒2000～40μm(17种)•微粉40～0.5μm(12种)•1）磨粒分级：•12#、14#、16#、20#、24#、30#、36#、46#、60#、70#、80#、100#、120#、150#、180#、240#、280#•磨粒的粒度号用筛号表示，例如:•12#表示12#筛以下～14#筛以上的颗粒级•2）微粉分级：•W40、W28、W20、W14、W10、W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W1.0、W0.5•微粉的粒度号以微米值表示，例如：•W40表示粒径40～28μm级（上限）•磨料的粒度号与粒径尺寸的对应关系见下表：粒度号粒径（μm）粒度号粒径（μm）粒度号粒径（μm）12#2000-160080#200-160W1414-714#1600-1250100#160-125W1010-516#1250-1000120#125-100W77-3.520#1000-800150#100-80W57-3.524#800-630180#80-63W3.53.5-1.530#630-500240#63-50W2.52.5-1.036#500-400280#50-40W1.51.5-0.546#400-315W4040-28W1.0＜160#315-250W2828-20W0.5＜0.570#250-200W2020-14•（2）不同磨料粒度的适用范围•在宝石加工中，不同粒度磨料的适用范围如下表：粒度号适用范围46#-80#大料切割，毛坯倒棱100#-120#小料切割，毛坯倒棱，预形150#-180#成型粗磨，预形，穿孔，小石切磨及修整240#-W40成型细磨，穿孔W28-W14成型精磨，粗抛光W10-W0.5细抛光，精抛光3、磨料的种类和性能•磨料主要是一些具有一定硬度和韧性的粒状或粉状的矿物质材料。按成因可分为天然磨料和人造磨料两大类。•1）天然磨料：金刚石、刚玉、石榴石、石英等。•2）人造磨料：金刚石系、碳化物系、刚玉系等三大系列。（1）金刚石•包括天然和人造金刚石。•Hm=10，Hv=10000kg/mm2。•有一定韧性，但脆性相对较大，因易沿八面体完全解理方向破裂，自锐性较高。因而，耐磨性强，磨削性能好。•耐热性良好，在无氧化条件下加热1000℃无变化。•化学性质稳定，与酸碱物质不起反应。•金刚石磨粒主要用于制作各种钻粉磨具，微粉因价格昂贵，在宝石加工中则主要用于高档宝石的抛光。（2）碳化硅（SiC）•以石英、石油焦碳为主要原料在1800℃以上高温下炼成的结晶化合物，是一种常用人造磨料。•黑碳化硅Hv=3100～3280kg/mm2,性脆，自锐性好；•绿碳化硅Hv=3200～3400kg/mm2,性脆，自锐性好。•绿碳化硅含杂质少，硬度和脆性比黑碳化硅高，自锐性更好，磨削能力更强。具良好导热性、耐高温和不受腐蚀等特性。•常用来制造砂轮、砂带、砂布等磨具，或供自由研磨用。（3）碳化硼（B4C）•人造磨料的一种，由硼酸与碳在电炉中2000℃以上的高温下合成。•暗灰至黑色，硬度很高，耐磨性好，Hv=4000～5000kg/mm2•属高级磨料，常代替金刚石用作研磨和抛光中、高档宝石。（4）刚玉（Al2O3）•包括天然和多种人造成刚玉（棕刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、白刚玉、锆刚玉等）。•硬度高，Hm=9，Hv=1800～2400kg/mm2，韧性较大，切削力强，但自锐性相对较低。•适于磨削韧性较大的翡翠、软玉、虎睛石等材料，而对其它宝石材料的磨削能力不如金刚石、碳化硅和碳化硼。4、抛光剂的种类和性能•抛光剂是磨料中的一些可用于抛光的微粉状特殊材料。•（1）钻石粉（C）•（2）氧化铝（Al2O3）•（3）氧化铈（Ce2O3）•（4）氧化锡（SnO2）•（5）氧化锆（ZrO2）•（6）氧化铬（Cr2O3）•（7）氧化铁（Fe2O3）•（8）硅藻土（SiO2）（1）钻石粉（C）•将天然或人造的工业级金刚石压碎成粉未，经分级，即可制成不同型号的钻石粉，呈灰白色，极精细（W10以下）的可用作抛光剂。•用法：干钻石粉与缝纫机油调成糊状；钻粉研磨膏可加适量缝纫机油稀释。•可用于抛光任何宝石，效果好，但成本高，一般仅用于抛光硬度＞7的宝石。（2）氧化铝（Al2O3）•铝氧化粉：纯度低，抛光性能差，但价格低廉，适合大量用于珠型和随型宝石的抛光。•铝钒土：纯度较低，抛光性能较差，价格低廉，用途同铝氧化粉。•红宝粉：人造刚玉粉，红色，抛光性能好，主要用于刻面型和部分弧面型宝石的抛光。•蓝宝粉：人造刚玉粉，多呈白色，性能和用途与红宝粉一样。（3）氧化铈（Ce2O3）•呈微黄粉红色，粉状。•易溶于浓硫酸或浓硝酸，不溶于稀酸和水。•适用于抛光脆性的中硬度宝石，如水晶、橄榄石、锆石、绿柱石、电气石等，效果可达极佳。（4）氧化锡（SnO2）•呈白色粉未状。•可用于各种中硬宝石的抛光，但效果一般。（5）氧化锆（ZrO2）•呈浓艳的红棕色粉未状，外观似红宝粉。•可用于中硬以下宝石的抛光，但效果不及红宝粉。（6）氧化铬（Cr2O3）•呈深绿色粉状，俗称绿粉。•硬度中等（Hm=5～7)。性质稳定，不溶于水。•适于中硬～中软（Hm=6～3）宝石的抛光，如翡翠、绿松石、孔雀石等，效果好。•缺点：•常因颗粒粗细均匀，若掌握不好，易在抛光面上留下擦痕；•易污染工件、工具、手指、衣物等，故对裂隙或孔隙的宝石不适合。（7）氧化铁（Fe2O3）•呈深棕红色，俗称红粉、铁丹。•性质稳定，不溶于水，但溶于盐酸。•粉状粒度一般在0.25～0.75μm，细腻均匀。•可用于多种中硬以下宝石的抛光，效果一般。•缺点：易污染宝石材料，难清除。（8）硅藻土（SiO2）•用含硅藻壳骸的生物岩经粉碎、分选、提纯而成。•呈灰白～微黄色粉状，质地细腻。•硬度中等，Hm=5.5～5.6。•化学性质稳定，不溶于水，仅易溶于氢氟酸。•可用于玛瑙、翡翠等韧性较大或其它中硬宝石的抛光，对部分高硬度宝石如蓝宝石、海蓝宝石的抛光也可这到很好效果。二、磨具•磨具是切割、研磨和抛光工具的总称。•磨具按功能分为三类：•1、切割磨具——锯片•2、研磨磨具——砂轮、磨盘、磨头、砂带、砂布•3、抛光磨具——抛光轮、抛光盘1、锯片•（1）金刚石锯片的结构•金刚石锯片一般由刀基、金刚粉和结合剂三部分组成。热铸钻粉锯片刀头结构•1）刀基：承载并支撑金刚石粉的金属薄片。•大型锯片——硬质锰钢、锰硅钢片等材料。•中型锯片——软钢片、冲压铁片、冷钆铁片等材料。•小型锯片——薄冷钆铁片、青铜片等材料。•2）金刚石粉：被附在锯片边缘，起类似锯齿的作用。•大型锯片——磨料粒度46#～80#•中型锯片——磨料粒度100#～180#•小型锯片——磨料粒度240#～W40•3）结合剂：把金刚石粘附在刀基上的材料。•通常用金属结合剂，如青铜粉、电镀金属等为结合剂材料。•（2）金刚石锯片的种类•金刚石锯片有种类很多，按制作工艺可分为热铸法和电镀法两大类。各种类型的金刚石锯片2、砂轮•用途：冲坯、倒棱、预形。•种类：碳化硅砂轮、金刚石砂轮。（1）碳化硅砂轮•碳化硅砂轮主要由碳化硅磨料和结合剂经过烧结或热压粘结而成，按结合剂分有陶瓷、树脂和橡胶砂轮等。陶瓷结合剂A耐热，不怕水、油及酸碱，硬度高，耐磨性强，磨削效率较高但性脆，适合磨削高硬度脆性宝石树脂结合剂S有一定弹性，耐冲击，自锐性好，磨削效率较高，但耐热抗酸碱性差，适合磨削中硬以下韧性宝石橡胶结合剂X有较高强度，自锐性好，耐热性和化学稳定性差，很少用于宝石加工金属结合剂J结合力强，耐用磨性好使用寿命长，但自锐性较差，磨削效率一般，适于磨削各种宝石结合剂类型代号磨具性能及应用（2）金刚石砂轮•金刚石砂轮是用电镀或其它方法将金刚石固着在金属基轮的外缘表层而制成的一种磨具。宝石加工用金刚石砂轮•金刚石砂轮的结构：•钻粉层——金刚石粉+金属结合剂。•过渡层——金属结合剂(青铜、镍)。•基体体——钢轮或其它金属。金刚石砂轮的结构图3、磨盘•用途：研磨宝石表面（平面、凸面）•种类：铸铁磨盘、金刚石磨盘（1）铸铁磨盘•一种使用游离磨料的磨盘磨具，多采用灰口铸铁材料制成。目前主要用于加工某些特殊宝玉石产品。•一般规格：平面直径200～300㎜，厚度25～30㎜。•使用磨料：一般用碳化硅，粒度100～1000＃(40W)•常见形状：平面（研磨平面）、凹面磨盘（研磨凸面）、同心环槽（研磨球面）。磨盘形状示意图•使用方法：•磨盘须平放，安装要平稳；•将磨料＋水，调成糊状，用毛刷不断涂刷于盘面；•要适当控制磨盘转速，不宜过快。（2）金刚石磨盘•也称“钻粉磨盘”或“金刚石砂盘”，是一种固着磨料式的磨具磨盘，目前普遍采用。各种形状和规格的金刚石磨盘1）金刚石磨盘类型•①热压金刚石磨盘•结构：由基盘、过渡层、钻粉层三部分组成。特点：金刚石粉层厚(多层)，使用寿命长，造价高。热压金刚石磨盘结构示意图•②电镀金刚石磨盘•结构：由基盘和电镀金刚石粉层组成。特点：金刚石粉层薄(一层)，使用寿命较短，造价较低。电镀金刚石磨盘结构示意图2）磨盘形状和规格•磨盘直径150mm、200mm•磨盘粒度120＃～1200＃（W40）•磨盘形状多为平面形，广泛用于刻面型宝石的造型、粗磨、细磨及精磨各道工序中。4、抛光盘•抛光盘一般都属于游离磨料磨具，即在使用时，须在盘面上添加抛光剂，抛光剂处于游离分散状态。•抛光盘按材质不同可大致分硬盘、中硬盘、软盘三类，各适合不同琢型和性质宝石的抛光。（1）硬盘•指用金属、合金材料等制作的抛光盘。多为平面盘，用浇铸法制成，直径主要有150mm、200mm两种，厚度10mm左右。•特点：导热性好、弹性差、韧性好、易修理、寿命长，适合刻面型和其它琢型平面的抛光，抛光面形状规整，棱角分明。•常用的硬盘有：紫铜盘、铝合金盘、锡盘、锡铅合金盘等。•1）紫铜盘：以工业纯铜或电解铜材料制成，呈紫红色，硬度较高，适合红蓝宝石、石榴石等宝石的抛光。•2）铝合金盘：硬度比紫铜盘低，适合海蓝宝石、绿柱石、金绿宝石、橄榄石、金红石、尖晶石、黄玉、电气石、锆石等到刻面型件的抛光。•3）锡盘：以纯锡浇铸制成，下面有铸铁或铸铝基盘衬托。熔点较低(360℃)，硬度也低，抛光速度较快。适于红蓝宝石、尖晶石、黄玉、绿柱石、锆石、石榴石、电气石、水晶、玛瑙、玻璃等刻面件的抛光。抛光剂用钻石粉、氧化锡、氧化铝、氧化铈等。•4）锡铅合金盘：以锡、铅两种成分按一定配比浇铸而成。与锡盘相比，熔点更低、硬度也更低，抛光速度更快。适于红蓝宝石、尖晶石、黄玉、绿柱石、锆石、石榴石、电气石、水晶等刻面件的抛光。抛光剂用氧化铝、氧化锡等。（2）中硬盘•指用沥清、木材、有机玻璃及其它塑料等中硬质材料制成的抛光盘。•特点：性能和适用性介于硬、软盘之间，具较好的耐磨性、吸附性，并具一定弹性，既适合刻面型宝石、也适于弧面型宝石的抛光。•常用的中硬盘有：有机玻璃盘、木盘、沥清盘等。•1）有机玻璃盘：多制成平面盘，直径150㎜，厚度12㎜±。适于红蓝宝石、黄玉、电气石、水晶、玛瑙等到刻面件的抛光。抛光剂可用钻石粉、氧化铝、氧化铈等。•2）木盘：一般可根据宝石硬度采用较坚硬或较软质的木材自已制作，形状和大小视需要而定，如平面盘、凹面盘等。适于硬玉、红蓝宝石、水晶、玻璃等刻面件的抛光。抛光剂用钻石粉、氧化铬等。•3）沥青盘：主要由沥青＋松香按一定比例