宝石加工工艺特点及技术要求.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除天马行空官方博客：/tmxk_docin ；QQ:1318241189；QQ群：175569632第1章 宝石加工 实践证明，大多数宝石原料都必须经过一定的加工琢磨工艺处理后，方能显示出其完美品质，“玉不琢，不成器”，就是这个道理。越是高档宝石，越需要精细的设计加工才能获得更为理想的佳品，因此，宝石加工工艺的优劣是决定宝石价值和档次高低的重要依据。宝石的加工开始于10000多年前的旧石器时代，人们最早期的手工劳动作品是不成对称型的装饰品。在旧石器时代末期至新石器时代，宝石加工工艺不断提高，人们学会了抛光。因此，宝石加工是一项非常古老的工艺和艺术。中国是加工琢磨宝石最早的国家之一，因而历史上出现过许多著名的宝石加工大师，如秦朝的烈裔，金朝的邱处机和明朝的陆子冈等。今天，由于科学技术的进步，宝石加工在操作技术上已在逐步由手工业向机械化、自动化发展，加工艺术性更趋成熟，更加精湛，加工效率大幅度提高，这为满足社会日益增长对珠宝的需求和需要的多样化提供了技术保障。1.1 工艺特点及技术要求1.1.1 工艺特点宝石加工虽然随科学的发展而不断进步，但由于受自身要求和性质的制约，它具有一些固定的、相对稳定的工艺特点。1、减法出造型减法出造型是宝石加工工艺技术的本质。宝石加工是通过琢、磨等基本工序完成的，所谓“琢”就是切开，也就是将宝石原石中不需要的部分切除，或将大块的原石切成所需要的小块，同时又为后面的磨的工艺留下一定的余量。“磨”即指磨削，也是去除余料，所不同的是琢和磨的技术方法存在的明显不同，磨包括倒棱、圈形、粗磨、细磨和抛光等主要工序。琢磨的减法性质要求宝石加工必须是渐近的、准确的，减量逐渐减少趋零，减多或减少都不会出现高质量的成品，严重者可能会浪费原料，造成巨大的损失。因此，宝石加工需要先进的技术和丰富的实践经验，更需要在加工前对宝石原料进行认真研究，并根据具体宝石原料的特征作出周密细致的设计。从某种意义上说，宝石加工工艺技术是实现宝石设计思想的手段。2、手工艺性由于宝石原料的特征千差万别，可以说世界上没有两块特征完全相同的宝石，这使得宝石加工很难大批量一模一样地进行生产，特别是高档宝石，成品的重量和造型很大程度上由宝石的大小、形状和其它性质所决宝。一块宝石往往只能加工一样或几样不同的产品，而另一块宝石加工出来的成品则可能完全不同，无论在大小和重量上，或琢型上都会有很大的差别。因此，尽管宝石加工的设备的机械化和自动程度可能会越来越高，但宝石加工具体操作以及加工的重要环节则可能永远是手工的。3、不同宝石种类的加工技术有所不同由于不同种类宝石在性质、质量、价值等方面存在着较大的差异，因此，要求不同的加工技术和方法。一些重要的宝石（如钻石、翡翠和软玉等）由于受自身的性质、特征和价值影响，还形成了一些专门的加工工艺和技术，例钻石加工、玉雕、有色宝石加工等。当然，所有这些不同的加工工艺，就其本质而言都是一样的，都是离不开琢、磨和抛，不同之处主要是具体的工艺技术和精度要求不同，从而使加工使用的设备、磨料等也会有较大的差别。4、加工款式不同，对宝石加工的工艺要求不同宝石加工必须完整、准确地反应设计方案，即是说，不同的设计(主要是造型或款式)方案给宝石加工工艺和技术限定了范围，刻面型宝石必须使用刻面型加工工艺，弧面型宝石必须用弧面型加工工艺，玉雕必须玉雕的加工工艺等。即是说，不同的琢型对加工工艺的要求是不同的。1.1.2技术要求宝石加工并非是所有人都能完成的工作，宝石加工对加工人员有较专门的技术要求，特别是对于钻石、红宝石、翡翠等高档宝石，其技术要求应该更加严格。最起码的要求有：（1）熟练掌握所加工宝石的物理化学性质和加工性能；（2）熟练掌握宝石加工设备的结构、操作方法和使用范围；（3）熟练掌握不同种类宝石加工的工艺流程、操作规程和技术方法；（4）能准确无误地理解宝石设计方案，并准确地通过加工工艺操作实现设计意图；（5）能对加工成品的质量和价值作出较准确而合理的评估。要达到上述基本要求，需要在掌握宝石学、宝石加工工艺学等有关基础知识的基础上，经过较长期的具体加工实践。专业知识越扎实，实践经验越丰富，加工水平就越高。1.2 常用设备和工艺材料1.2.1 常用设备要把宝石原料(矿物或岩石)琢磨成宝石，必须借助于一定的加工设备。而加工设备实际上是随科学技术的发展而不断改进和发明的。目前的宝石加工设备的种类已相当繁多，但根据其在加工中的作用，主要可将另工设备分成下列几大类。1、切割设备切割设备主要用于宝石原料的分割.其具体用途有:（1）分割原石：即把大块料分割成小块料，或把大块料上的废料剔除；（2）预形：即把毛料修整为初步的造型(毛坏)。根据用途不同，切割设备又可分为下料机(或开石机)和修整机两大类。下料机(开石机):主要是用于分割大块的原石，其结构比较简单，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、电动机和皮带等（图3-1-1）；切块机（切块、切条和切粒等）体积比开石机小，主要用途是把中等大小的原石切成片、条和小块料，其结构与开石机类似。 图3-1-1开石机的结构示意图1.原石；2.原石夹；3.托盘；4.滑机；5.防溅罩；6.锯片；7.法兰盘；8.主动轴；9.轴承；10.电动机；11.砂浆槽修整机：主要用于小块宝石(珍贵宝石)切割和毛料的修理。其结构简单，主要部件有：电动机、冷却机、载物台、锯片、防溅罩、轴承和主动轴、皮带轮和皮带、有机玻璃防溅板等(图3-1-2)。图3-1-2修整机的结构示意图1.电动机；2.冷却液箱；3.载石平台；4.锯片；5.防溅罩；6.轴承的主动轴；7.皮带轮和皮带；8.有机玻璃防溅罩2、磨削设备主要用于磨削宝石使之出造型。根据磨削方式和磨具不同，磨削设备可分以下几种：（1）轮磨机：主要功能是给宝石倒棱和圈形，即磨削宝石毛坯使之成造型雏型。其主要部件是：轴承、主动轴、冷却水管、防溅罩、砂轮、法兰盘、水槽等（图3-1-3）。图3-1-3轮磨机的结构简图1.轴承；2.主动轴；3.冷动水管；4.防溅罩；5.砂轮；6.法轮盘；7.水槽（2）盘磨机：多用于磨削平面，如刻面型宝石的各种面。主要结构是：防溅罩、支架、轴承、电动机、被动轴筒、砂带、主动轴筒、水槽等（3-1-4）。图3-1-4盘磨机的结构示意图1.砂盘；2.防溅盆；3.轴承；4.主动轴；5.电动机（3）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。主要结构是：防溅罩、支架、轴承、电动机、被动轴筒、砂带、主动轴筒和水槽等(图3-1-5)。 图3-1-5带磨机的结构 图3-1-6滚磨机的结构1.防溅罩；2.支架；3.轴承；4.电动机； 1.滚桶；2.支轴；35.皮带轮；5.被动轴筒；6砂带；7主动轴筒；8水槽 6.主动轴；7.电动机（4）滚磨机：主要用于磨削除去毛坯的棱角，使之变圆滑。主要部件有：滚桶、支轴、皮带轮、主动轴、被动轴和电动机等（图3-1-6）。3、抛光设备主要用于宝石抛光。大多数加工厂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。当然也有专门的抛光设备，常用抛光设备由抛光桶、橡胶板内衬、弹簧、电动机、皮带传动装置、偏心轮等组成（图3-1-7）。 图3-1-7振动抛光机结构图 图3-1-8机械钻孔机结构图 1.抛光桶；2.橡皮板内衬；3.弹簧； 1.钻动轴；2.钻头夹具；3.钻杆；4.钻杆 4.电动机；5.皮带传动装置；6.偏心轮 5.电动机；6.载石台；7.圆珠坯4、钻孔设备钻孔设备主要用于珠型和异型宝石的打孔，也包括珍珠打孔。目前常用的钻孔设备的两种，即机械打孔机和超声波打孔机。（1）机械打孔机：由转动轴、钻头夹具、钻杆、钻杆升降操作器、载物台、圆珠坯等构成（图3-1-8）。（2）超声波打孔机：其原理是将超声波的慢振荡通过放大和转换为同一频率的机械振动来实施打孔的。其结构由转换器、线圈、超声波发生器、耦合放大杆、变幅杆、工作夹和毛坯等构成。5、常用工具主要有铡铊、錾铊、勾铊、磨铊、轧铊、钉子、棍子、串锤、弯子等（见图3-1-9）。图3-1-9 用于雕刻的各种工具(a)铡铊；(b)；(c)錾铊；(d)勾铊；(e)磨铊；(f)轧铊；(g)钉子；(h)棍子；(I)串锤；(j)弯子1.2.2 常用工艺材料1、磨料 是用于琢磨和抛光宝石的材料，主要是一些具有一定硬度和韧度的粒状或微粒状的矿物或矿物集合体。必须具备的基本条件是：硬度比被加工的材料高；有适当的抗破碎强度和自锐性；在高温下能保持固有的硬度；粒度和形状均匀；与被加工材料不产生化学反应。目前用于宝石加工的磨料主要有：金刚石、碳化硅、碳化硼、刚玉以及主要用作抛光的硅藻土等。2、磨具 是宝石加工中最重要的切割、磨削和抛光的工具。根据在加工中的作用不同，磨具可分为切割磨具、磨削磨具和抛光磨具三大类；根据磨具与磨料的附着关系，又有游离磨料磨具和固着磨料磨具之分。（1）固着磨料磨具：是指磨料被某种结合剂结合起来并做成一定而形状的磨具，或磨料被附着于某基体上而成的磨具。这种磨具常见的有金刚石粉锯片、砂轮(碳化硅砂轮和金刚石砂轮)、砂带(碳化硅)、砂盘等。（2）游离磨料磨具：是指磨料不是粘附于磨具基体上，而是在磨具工作面上处于游离分散状态，此种磨具一般仅起支撑磨料进行磨削的作用，而不把持磨料。这种磨具常见的有磨盘和抛光盘。3、辅料在宝石加工中，除需各种磨料和磨具外，还需各种辅助材料，包括冷却液、粘结材料和清洗材料等。（1）冷却液：在宝石加工过程中，往往产生大量的热量，使宝石和磨具温度升高，故要使用冷却液降温。除冷却外，冷却液还有清洗和润滑的作用。宝石加工中常用的冷却液有水、油和皂化液等。（2）粘结材料：主要用来将宝石粘在一操作棒上以便于宝石加工。粘结材料必须具备的条件是：具有良好的粘结性；适当的软化点，有良好的热稳定性；良好的化学稳定性；无毒、无杂质。宝石加工中常见的粘结材料有：石蜡、虫胶、松香、黑火漆、火漆胶、绿条胶、红胶、502胶和木漆等。（3）清洗材料：主要用于清洗粘结剂和宝石表面油污、灰尘等。常用的宝石清洗材料有：水、碱性溶液、酸性溶液和有机溶液等。1.3 常见款式宝石加工款式是指宝石的切工和琢型。自古到今，宝石的款式千变万化，总结、归纳宝石的款式，可分为弧面型、刻面型、珠型、异型几大类。1.3.1弧面型弧面型又称素面型，它是由一个拱曲的抛光顶面和一个平的未经抛光的底面构成，其外型通常为卵型或圆型。1、弧面型宝石的分类弧面型常分为圆型、椭圆形、橄榄型、心型、方型、随意型。根据截面特点又可分为高拱顶、中拱顶、低拱顶、双凸型、凹凸型（见图3-1-10）。图3-1-10 弧面型宝石的常见琢型2、弧面型款式的应用当被加工的宝石具有下列情况时，可以考虑使用弧面型款式。（1）当透明宝石含有过多的包裹体用刻面琢型不能发挥其优势时,这些宝石最好加工成弧面型。典型例子有：含包裹体和杂质的红宝石、蓝宝石、祖母绿和电气石等。（2）所有不透明和半透明的宝石，如翡翠、绿松石、青金石、孔雀石和玛瑙等。（3）具有特殊光学效应的宝石，如具变彩效应的蛋白石和拉长石、具星光效应的红宝石、蓝宝石和具猫眼效应的金绿宝石等。1.3.2 刻面型这种款式由完全覆盖宝石表面的一系列几何形平面构成。用刻面型并使原石以合适的角度研磨抛光，宝石会显示四种宝贵的光学效应：体色、亮度、火彩和闪耀程度。刻面型宝石的类型很多，据统计达数百种之多，常见的也有数十种，这些琢型根据其形状特点和小面组合方式的不同，可分为以下几类。1、钻石式琢型（Brilliant Cut） 钻石式琢型是目前适用最多的琢型之一，它起源于钻石晶体形状，也主要用于钻石的琢型。不过其它透明宝石也可用此琢形，如紫晶、海蓝宝石、橄榄石、石榴石、电气石、锆石和黄玉等。这种琢形可能是十七世纪未期一位叫Vincenzio Peruzzi的宝石工匠在威尼斯发展起来的，在以后的年代里，这种琢型的理想比例一直在修改，至今它仍然是钻石最令人喜爱的琢型，这种琢型由冠部、腰部和亭部三部分组成，其冠部有33个小面，包括：1个台面，8个冠部主小面，8个星小面，16个上腰小面；亭部有25个小面，包括：1个底面，8个亭部主小面，16个下腰小面，其理想的比例（见图3-1-11）。 图3-1-11圆多面形琢型比例及小面名称 2、阶梯形琢型(Step Cut)也被称为祖母绿琢型或陷井式琢型。这种琢型的最简单形式有一方形轮廓和一个被一系列矩形小面环绕的方形台面，其底部终止于一个尖顶。阶梯型琢型最大的特征是具有阶梯状的翻光面，其最典型的是用于祖母绿切磨的祖母琢型（图3-1-12）。由祖母绿琢型演化而来的琢型很多，从正方形长条形都有，这主要取决于宝石原石的形状。 图3-1-12阶梯形(祖母绿型)琢型示意图3、玫瑰式(Rose Cut)主要用于那些具不完整晶体的钻石，如板状、尖角状和一些厚度较薄的碎片，也用于其它一般宝石。玫瑰式琢型的主要特点是：上部由多个小面组成，下部仅有一个大而平的底面，看上去象个单锥体（图3-1-13）。这种琢型虽然不利于显示宝石的火彩和亮度，但其优美的几何形状和适用性仍有一定的吸引力，一些常见的玫瑰式琢型如（图3-1-13）。 图3-1-13典型的荷兰式玫瑰形琢型(24个小面)4、剪形(交叉)琢型这种琢型实际上是阶梯琢型的改进型。在这种琢型中，在台面的四周不是矩形小面，而是三角形小面(见图3-1-14)。这种琢型在给宝石以一定亮度的同时，也改进了宝石的颜色。可是，这种琢型亭部底端会损失一些光，因而可能在宝石中央产生一个死点，从而影响宝石的外观。图3-1-14剪形(交叉)琢型5、混合式(he Mixed Cut)混合式琢型是指前述几种琢型混合而构成的琢型。其冠部可以是钻石式，也可以是阶梯式，亭部也如此。两种常见的混合式琢型（见图3-1-15），上图冠部为钻石型，亭部为阶梯型，下图冠部为交叉形，亭部为阶梯形。图3-1-15两种典型的混合形琢型1.3.3 珠型通常用于中低档宝石的琢磨，可以用于制作不同的首饰，如项链珠、手链珠、耳坠珠和其它佩饰珠。珠型根据形状特点可进一步可分为许多类型(见图3-1-16)。图3-1-16几种常见的珠型琢型1.3.4 异型异型宝石包括自由型和随意型两种。自由型是人们根据自已的喜爱，或根据宝石原石形状，将宝石磨成不对称或不规则的几何形态。随意型是最简单的宝石造型，它一般不对宝石原石作过多的加工，而仅将自然原石棱角磨圆滑和抛光。由于随型宝石的形态千变万化，稀奇古怪，表现出大自然的多姿多彩和神密莫测，具有其他宝石造型所没有的独特魅力。1.4 一般过程宝石加工的过程是十分复杂的，严格说来，没有一个统一的模式，但一般有以下过程：1.4.1 选择原石自然界的矿物和岩石数千种，但用作宝石的常见只有30多种，在这30余种矿物和岩石中，能达到宝石级要求的十分少，因此，在加工之前，首先要对宝石材料（矿物或岩石）进行选择。根据前人的经验，能被选作宝石的基本条件是：（1）颜色艳丽、纯正，令人喜爱；（2）透明度好，或虽透明度低，却能显示某种特殊光学效应，如猫眼效应、星光效应、变彩效应等；（3）具有一定的硬度，一般不低于5，个别有奇异光学效应的宝石（欧泊、珍珠等）可以有较低的硬度；（4）光泽较强，或具有特殊的光泽，一般为金刚光泽-玻璃光泽。但软玉的油指光泽、珍珠的珍珠光泽等使它们具有较高的宝石学价值。（5）有一定的热稳定性和化学稳定性；（6）质地纯洁、无瑕疵或只有徽量瑕疵；（7）有一定粒度和质量。不同宝石，其重量下限不同，如钻石可低于0.25ct，优质红宝石和蓝宝石可低于0.3ct；（8）具有良好可琢磨性和可抛光性；（9）具有固宝的产地，产量供应也较稳定，有一定生产服务年限。上述条件若有一条严重不足者，就不能选作商业用宝石材料。至于收藏用宝石，其选用条件十分宽松，只要收藏者喜爱的矿物或矿物集合体均可入选，因而作收藏用宝石种类就相当广泛。1.4.2 款式设计在琢磨之前，需要对具体的宝石原石进行精细的款式设计。这是宝石加工不可缺少的、而且极其重要的前期工作。一般说来，宝石款式设计包括确定宝石琢型、琢型定位、定向、确定具体的宝石加工方法等。这是一门专门的学问，本书不作详细介绍。以下某些宝石加工的定位和定向作简要说明。1、弧面琢型宝石定位和定向（1）猫眼效应：当宝石含有大量定向排列的纤维状包裹体，均可加工成具有猫眼效应的弧面型宝石。根据猫眼效应产生的原理，使琢型的底面平行于包裹体，如果宝石轮廓为椭圆形，则纤维方向垂直于琢型宝石的长轴方向。为了使猫眼效应显得更细更活，可以适当加工凸面型厚度，使凸面曲率增大，以便反射光集中于一个窄带内，形成清晰明亮，活灵活现的猫眼效应。（2）星光效应：当宝石内部针状或纤维状包裹体呈2个或3个方向分布时，弧面型切磨，定位时让底面平行于各方向包裹体的排列面，即垂直于C轴。宝石被切磨后便可形成四射或六射星光（见图3-1-17）。图3-1-17 猫眼效应（a）和星光效应（b）的定位2、刻面型宝石的定位和定向为了更好地体现透明宝石的体色、亮度、火彩及闪耀程度，在加工设计中需要着重考虑刻面宝石的台面定位。（1）多色性明显的宝石：对多色性较明显的宝石，在加工设计时，应重点考虑宝石台面的取向，使其具有最佳的颜色。如蓝宝石，一般从平行晶轴方向上观察时，颜色为蓝色；从垂直光轴的方向上观察时，除蓝色外，还常显示出一定的黄绿色色调。因此，设计时通常把琢型的台面选在与光轴垂直的方向上，这样设计，宝石台面可获得较柔和的蓝色。又如绿色电气石，一般从垂直光轴的方向上观察时，颜色为鲜明的绿色和蓝绿色；从平行光轴的方向上观察时，则显示深棕绿色或深橄榄绿色。因此，设计时通常把琢型的台面选在与晶体的光轴平行的方向上（见图3-1-18）。这样设计，便可获得理想的效果。图3-1-18 蓝宝石台面的定位（a）和绿色电气石台面的定位（b）（2）无多色性或多色性不明显的宝石的定位和定向：由于这类宝石颜色随方向变化极小，因此，在设计时充分考虑的是，最大限度地利用宝石。保证成品大的一个方法是：台面平行于晶体对角线的平面。石榴石、尖晶石、水晶、托帕石都可用这种方向确定台面方向。（3）具有色带、色区、色团和色斑现象的宝石的定位和定向：有些宝石晶体的颜色分布不均匀，如蓝宝石中的色带、紫晶中的色斑、电气石中的色区等。如果台面定向不当，就会造成成品从台面观察颜色分布不均匀的现象，从而影响到宝石的商业价值，因此，在加工中需考虑正确的定向和定位（如图3-1-19）。图3-1-18 色团和色斑处理方法示意图（4）具解理的宝石的定位和定向：对于解理发育的宝石，在原料切割上非常方便，但对于宝石加工的抛光工序来说，则较困难，而且易产生热台面破裂，而且解理面不能抛光。因此，在原石定位上应避免台面（包括琢形小面）平行于解理面，而尽量使台面与解理面成5o10o（或80o85o）的角度或与纵轴平行来定向。如果原石的解理数较多，其定向原则上应避免台面平行于解理最发育的一组（见图3-1-19）。图3-1-19 发育解理宝石的台面定位示意图1.4.3 分割原石分割原石主要在各种宝石切割机在进行，值得注意的是：（1）无论对初学者或是有经验者，切割都应保守一点，即