宝石学教程

第一篇宝石加工第一章概述1.1概念（一）宝石加工的概念宝石加工就是将宝石原料琢磨成精美的具有美原价值和商品价值的工艺品。（二）宝石加工的一般过程原料观察和款式设计→切割→预型→琢磨→抛光→（上蜡）→（打孔）→质检。（三）加工工艺的作用“三分原料、七分工”宝石产品的价值=原料（价值）+车工工艺（四）宝石加工的工艺特点1）宝石加工的手工艺性；2）不同宝石种类的加工工艺技术有所不同3）造型不同、对工艺技术的要求也不同（五）宝石加工人员的技术要求1）掌握各类宝石的性质和加工性能。2）熟练掌握各种加工设备的结构、操作规程和技术方法。3）熟练掌握不同种类宝石的工艺流程、操作规程和技术方法。4）能准确无误地理解宝石设计方案，并准确地通过工艺操作来实现设计意图。5）能对产品的质量和价格作出较准确合理的估价。1.2宝石的款式（一）凸面型（弧面型或素身型）（1）根据腰围的形状人为园、椭圆（2）根据凸面的形状①单凸、面琢型②扁豆凸面上=下都偏低③双凸面：上＞下④空心凸面：用于色深，透明度低⑤凹面型：（二）刻面型（1）钻石式：冠部三层，亭部两层，要注意火彩和亮度。根据腰边又可分为：圆钻、椭圆、杆栏、梨式、心式、半杆栏式、三角式（2）玫瑰式：只有冠部，火彩和亮度都不好，用于薄片晶体。（3）阶梯式：有正方形、长方形，只是充分展示宝石的色美。（4）混合式：（三）珠型（四）异型（1）自由型：根据自己爱好或宝石原石的形状，将宝石琢磨成各种不常规的形状。（2）随意型是最单的宝石造型，基本上是原石的形状，反把原石棱角磨圆滑，并抛光。第二章宝石款式设计2.1宝石原料的选用（一）宝石的一般条件1）颜色艳丽、纯正、令人喜爱。2）透明度好，或透明度低，但有某种特殊的光学效应。3）有一定的硬度，一般不低于5，个别有奇异现象的宝石（欧泊、珍珠等）可以有较低的硬度。4）光泽应为金刚光泽——玻璃光泽。5）有一定的热稳定性和化学稳定性。6）质地纯洁，无瑕疵或有微量瑕疵。7）有一定粒度和重量。8）具有良好的琢磨性和可抛光性。9）产地相对固定，产量供应较稳定，有一定生产服务年限。（二）宝石原料的分级和档次的划分宝石原料、档次及特点档次颜色硬度重量下限产出量要求量琢磨难易程度价格举例高档钻石为无色，其它宝石颜色均正、浓艳大于7.50.3～0.6ct极少大难高钻石、红宝石、兰宝、翡翠、祖母绿中档颜色艳丽5～83～5ct较多大较易中等海兰宝石、黄玉、杆栏石、碧玺低档从无色到各种颜色3～6小于10ct多一般容易低玛瑙、水晶、绿松石、月光石宝石质量分级，对宝石的造型设计、加工方法和加工精度的确定十分重要，合理的质量分级不仅可使物尽其用，而且可减少盲目加工而造成的浪费和损失。2.2宝石的款式设计2.2.1设计原则最大限度地表现宝石的价值（美学价值+商品价值）。2.2.2设计要求和方法（一）重量（1）单粒宝石成品尽可能大，价格与重量的平方成正比。（2）一块宝石原石经琢磨所获得的宝石成晶的总重量尽可能地大。（二）颜色使宝石颜色特性达到最佳状态，即色彩浓艳、鲜亮、明快、色调均匀。色度与宝石的厚度和粒度有关，厚度越大，色度越大，同样粒度越大，色度也越大，反之则色度变浅。（1）多色性寻找最佳颜色的方位。（2）色带以美为准。如西瓜碧玺：保留色带。红、兰色带：尽量避免或安排在腰线上。（三）色斑红：可安排在亭尖上，多次内反射后，台面观察出现均匀柔和的色彩。杂：不可安排在亭尖上，尽量安排在腰。（四）琢型（1）透明度透明宝石，选用刻面型。不透明宝石，选用弧面型。（2）亮度、火彩与琢型全反射原理，注意冠部角和亭部角。（3）重量与琢型①增加腰部直径；②增加腰部厚度；③增加亭角。（4）特殊光学效应和琢型变彩猫眼星光磨弧型（5）琢型的造型艺术美：强调形美与质美的统一、和谐，以质美为前提。（五）瑕疵尽量避免，可排在腰部。（六）色散钻石：设计成圆钻型。（七）硬度硬度不同所用辅料不同。（八）脆性和韧性（1）脆性：易磨，但易碎（2）韧性：难磨（九）解理要尽量避开。可利用其来开料。（十）高双折射率宝石会出现双影，看起来模糊，可采用⊥光轴。（十一）热稳定性如热敏性高的杆栏石。2.2.3设计步骤（一）宝石原石的审查搞清原石的性质和特点，找出宝石原石有哪些外在和潜在的美的品质，以便在设计中能充分发挥这些品质。A、审查内容（1）原石定名（2）原石形状原石形态有时是造型设计的基础，特别是高档宝石。审查时，除观察原石自然形状外，更重要的是要估计一下可用部分的形状。（3）原石重量这主要为设计和加工中计算成品率提供一下基本参数。（4）原石颜色包括原石的色彩、色度、色调、多色性、色形等都应该有比较准确的认识，这样在设计中才能做到“心中有数”。（5）原石的光学性质主要了解原石的透明度、折光率、色散、有无特殊光学效应。（6）原石的瑕疵包括瑕疵的类型、大小、形状、分布、位置和方向。其中对破裂面应注意区分是解理面、裂理还是裂纹，并注意它们的方向变化和延深情况。B、审查方法（1）浸润观察法（对无色或浅色的透明宝石）该法比较简单易行，它不仅能够使原石表皮的微细构造显现出来，而且可以使原石内部的结构构造也变得易于观察。操作方法：①把某种液体（通常用水）喷撒在原石表面，使之润湿，然后就可以观察了。②将原石浸在盛有液体的玻璃杯中进行观察，用于浸润原石的液体最好是折光率与原石相近，这样可以消除原石表面的“皮”或杂质所产生的视觉干扰，也可以消除由于原石包裹体与观察者之间的某种光学放大（或缩小）以及映射所造成的视觉差误。（2）强光照射观察法（对半透明—微透明宝石）强光可以增强透过原石的光线强度，使其内部结构构造和瑕疵变得清楚可辨。把浸润法与强光照法结合起来使用，则效果会更好。（3）“开窗子”除去一部分无有的外皮。（4）切磨制备簿片要有代表性，还要注意切片方向。（5）试验法从不同定位方向琢磨成不同的琢型或同一种琢型。最后选定一个方向，此法虽可靠，但浪费较大，对高档宝石要慎用。（二）设计方案及方案的选择方案的设计应按前面所讲的设计原则和设计要求进行。通常情况下，若几种方案都有相同或相近的美学价值时，选用能产生最大商品价值的方案，通过制作模拟块，进行试琢磨，从中评判各方案的优劣。综上所述，宝石设计这项创造性劳动，要求设计人员既有扎实系统的宝石学和宝石加工知识，又要有丰富的宝石鉴定和宝石加工的实践经验。同时，还要求设计者对宝石审核的供需状况、价格和流行琢型款式有较准确地了解。第三章宝石加工设备及工艺材料3.1加工设备3.1.1切割设备切割设备主要用于宝石原石的分割工序，可分为下料机和修整机。（一）下料机结构和主要部件目前常用的下料机有两种：（1）开石机：主要用于分割大块的原石，其结构比较简单（见图3－2），主要部件有：钢质、主动轴和轴承、冷却装置、支撑和进料装置、防溅罩。其动力源是电动机，一般用于三角皮带和主动轴一端连接，主动轴另一端用于装片，锯片由尘兰盘固定。（2）切块机：用于中等大小的原石切割成片、条、粒等小块毛料，结构与开石机类似。（二）修整机的结构和主要部件（三）切割设备的质量要求轴要平稳、噪音要求。（四）辅助材料（1）刀片1）小型刀片：Φ100－200进刀距702）中型刀片：Φ200－300切10cm以上的料3）切石型刀片：Φ＞300开料机3.1.2磨削设备和抛光设备磨削设备主要作用是磨削宝石，使之出造型，根据磨削方式和磨具不同，可分为4种：轮磨机、盘磨机、带磨机和滚磨机。（一）轮磨机主要功能是给宝石倒棱和圈形，主要部件有转动主轴、轴承、防溅罩和载石台，所用磨具是砂轮。轮磨机有砂轮机、双砂轮机和多砂轮机。最常见的是双砂轮机，共主动轴一端装粗砂轮，中间安装皮带轮与电动机相连。这是因为：1）可以使轮磨机转动时达到平衡，减少振动；2）磨削工序之需要，一般磨削都有粗磨和细磨之分。轮磨机的主动轴和轴承要求有较高的抗形变强度，稳定性好，这是为了确保砂轮转动时能平衡，减少振动。砂轮的轴与砂轮也应配套，通常直径小于300mm的砂轮的轴，直径不应小于30mm。主轴过小，不仅使砂轮振动增大，而且使砂轮磨损加快，磨削效果也不佳，安全系数也减小，因而可使轴粗些，也不要用小轴配大轮。装砂轮用的法兰盘大小也有一定要求，原则上也是砂轮直径越大，法兰盘直径也越大，通常法兰盘直径应不小于砂轮直径的1/3。轮磨机都带有防溅罩和水槽。防溅罩一般比较坚固，围住砂轮的后部和上部（除工作面外）。一是防冷却液飞溅；二是防止砂轮万一破裂飞出伤人。水槽在砂轮下部，用于盛从砂轮上飞溅出的冷却液，其底有排水孔，可随时排除冷却液及磨屑。轮磨机的冷却给水装置多安装在防溅罩顶部，直接穿过防溅罩向砂轮喷淋冷却液，冷却液用量可用水龙头控制，也有的轮磨机采用吸水性好的毛巾一端搭在砂轮上，一端固定于防溅罩上，同样可以起冷却作用。（二）盘磨机盘磨机多用于磨削平面，如刻面型宝石和宝石的各种平面，也可以出弧面造型，如珠型宝石和凸面宝石。盘磨机结构也很简单，它与轮磨机的部件相似，不同的是轮磨机主动轴是水平安装的，磨削面是竖直的，而盘机主动轴则是垂直方向的，磨削面是水平方向的。其主要部件有主动轴、轴承、防溅盆。（三）带磨机带磨机的磨具是砂带，主要用于磨削宝石的各种弧面，因其磨削时，展削面大，故展削效率较高，目前已用得越来越多。带磨机主要部件有2个轴筒（多用橡皮制成）：1）主动轴筒，与电动机连接；2）被动轴筒。环状砂带套在两个轴筒上，主动轴筒转动时，靠砂带带动被动轴筒一起转动，其他部件还有轴承、防溅罩、水槽等（图3－8）。为了更换砂带方便，被动轴筒有时在支架上有上下移动装置，这样既可以松动砂带，也可以张紧砂带。（四）滚磨机滚磨机主要作用是磨削除去宝石毛坯的棱角，使之变圆滑。其主要部件有滚筒、主动轴和轴承、被动轴等。滚桶放在主动轴和被动轴上，它靠主动轴的驱动来转动。而主动轴一端用直径较大的皮带轮1与电动机连接，另一端的皮带轮2与被动轮一端的皮带轮3通过皮带相连。被动轴直径与主动轴直径相同，其转速和线速度也与主动轴相同，它和主动轴一起驱动滚桶转动。滚桶两端中央有两个支掌轴支撑，以便使其转动平衡，桶内空间为正八面体形，内衫有橡胶板，通常厚约5－6mm，其作用是为了减少桶壁磨损和噪音。（五）抛光设备大多数加工厂家不设置专门的抛光设备，而是用磨削设备更换磨具磨料来替代。因为抛光工序和细磨工序操作规程和方法基本相同。3.1.3钻孔设备钻孔设备主要用于珠型和异型的打孔，或珍珠的打孔。目前，常用的钻孔设备有2种：机械钻孔和超声波钻孔机。（一）机械钻孔机机械钻孔机的结构，电动机通过皮带轮和皮带驱动钻动轴转动，从而带动钻杆转动，当磨料随钻杆转动时就可以磨削宝石，形成孔眼。钻杆的钻进可以用钻头升降操作控制，打穿后，可以退出。（二）超声波钻孔机这是近些年才发展起来的新型钻孔设备，它将超声波的电振荡通过放大和转换为同一频率的机械振动来实施穿孔，其结构（如图3－12图）。它主要由超声波发生器、振动系统和其他辅助系统构成。其中振动系统由电致伸缩换能器，磁致伸缩换能器、耦合放大杆、变幅杆和工具头几部分组成。换能器的主要作用是超声波的声振荡转换成轴向的机械振动，耦合放大杆则是将换能器产生的机械振动传递给变幅杆和工具头，并放大这种振动。变幅杆的作用是扩大振幅。辅助系统包括机身、磨料及冷却液供给系统。近几年来相继出现了采用新技术装备起来的新型设备，如自动研磨机、激光切割机和打孔设备、超声波切割设备等。这些设备多采用电子技术、激光技术和计算机技术等。另外，为了提高加工工效，带多头工具的设备也开始被广泛作用，如多刀切割机、多头研磨床和多头钻孔机等。这类设备可以使宝石加工的工效成倍提高，且设备本身的结构也不复杂，因而深受广大厂家欢迎。3.2工艺材料3.2.1磨料磨料是用于形式琢磨和抛光宝石的材料，它主要是具有一定硬度和韧性的粒状或微粉状的矿物或矿物集合体。（一）磨料的基本性能磨料作为磨削和抛光材料，一般具下列基本性能：（1）硬度比被加工材料高；（2）有适当的抗破碎强度和自锐性；（3）在高温下能保持固有的硬度和强度；（4）粒度和形状均匀；（5）与被加工材料不产生化学反应。（二）磨