 |
| Rys. 1. Forma brylantu. |
Przy planowaniu wykorzystania surowych diamentów jubilerskich dąży się do uzyskania brylantów o możliwie największej wartości. W związku z tym zmierza się do uzyskania możliwie największej masy brylantów z poddanego obróbce diamentu przy jednoczesnym zapewnieniu jak najkorzystniejszych parametrów jakościowych wytworzonych brylantów (4C)*, co ma zasadniczy wpływ na ich wartość handlową.
Przy planowaniu obróbki diamentu jubilerskiego podstawowe znaczenie ma jego pierwotna:
- wielkość,
- postać (odstępstwa względem formy oktaedru czy dodekaedru),
- czystość (liczba, wielkość i rozmieszczenie inkluzji),
- barwa i jej jednorodność.
Wielkość kryształów diamentów jubilerskich zdatnych do efektywnego szlifowania brylantów zmienia się w bardzo szerokich granicach, od około 0,3-0,5 cm do kilkunastu centymetrów. Oczywiście najbardziej pospolite są kryształy najmniejsze. Kryształy duże i bardzo duże, o regularnej postaci, dobrej czystości i atrakcyjnej barwie, są nie lada rarytasami.
Pozyskiwane z kopalń diamenty jubilerskie mają dość często prostą formę oktaedru (ośmiościanu), dodekaedru (dwunastościanu) i heksaedru (sześcianu) (rys. 2). Wiele diamentów może tworzyć także formy złożone, będące bądź to kombinacją wyżej wymienionych form prostych, bądź też rezultatem zbliźniaczenia, przy czym płaszczyzną zbliźniaczenia bywa zazwyczaj jedna ze ścian oktaedru (111), rzadziej heksaedru (100). Mogą to być także bliźniaki wielokrotne.
Wskutek tego, że w naturalnych warunkach krystalizacji niektóre ze ścian kryształu mogą przyrastać nieco szybciej lub nieco wolniej, wiele diamentów uzyskuje postać w różnym stopniu "zniekształconą", oczywiście przy zachowaniu niezmienionych kątów między analogicznymi ścianami (prawo stałości kątów - Stensen 1669). Jednocześnie te same formy kryształów diamentu mogą być bądź płaskościenne, bądź wypukłościenne, albo też wklęsłościenne i szkieletowe. Przyczyny tego zjawiska nie zostały dotychczas wyjaśnione. Najczęściej upatruje się ich w zaburzeniach tempa wzrostu kryształu w poszczególnych kierunkach. Sądzi się, że szybsze tempo przyrostu kryształu w kierunku krawędzi i naroży może prowadzić do utworzenia form wklęsłościennych i szkieletowych. Pospolicie spotykane formy wypukłościenne, zwane też somatoidami, objaśniane są teorią dyslokacji Franka, jako przejściowy etap szybkiego wzrostu spiralnego ściany gęsto obsadzanej przez atomy. Warto zaznaczyć, że spiralny wzrost kryształów został zaobserwowany za pomocą mikroskopu elektronowego na różnych kryształach. Somatoidalne wykształcenie kryształów diamentu bywa też wyjaśniane tworzeniem się tzw. ścian wicynalnych, tj. ścian odchylonych o niewielki kąt, rzędu kilku minut, od położenia zasadniczych ścian kryształu. Ich obecność powoduje wystąpienie na ścianach zasadniczych kryształu schodkowych nierówności o różnym kształcie, które razem nadają ścianom pewną wypukłość. Według jeszcze innych poglądów wypukłościenne, wklęsłościenne i szkieletowe formy kryształów diamentu miałyby powstawać wskutek nierównomiernego rozpuszczania. W rezultacie kryształy diamentów rzadko są ograniczone płaskimi ścianami i prostymi krawędziami. Ściany takich kryształów są zazwyczaj w różnym stopniu zaokrąglone i tworzą nierówne powierzchnie; przecinając się, tworzą łuki krawędzi o zmiennej krzywiźnie. Na wielu ścianach kryształów występują też dość pospolicie różne wypukłości i zagłębienia oraz prążkowania, nieraz w postaci siatki lub regularnych figur geometrycznych, np. trójkątne. Spotyka się także kryształy dystorsyjniezdeformowane, które zatraciły pierwotny kształt oktaedru, dodekaedru czy heksaedru, oraz kryształy jakby w różnym stopniu wyszczerbione.
Z formą kryształów diamentu bywa powiązana barwa. Dodekaedry rombowe są przeważnie żółte, podczas gdy oktaedry najczęściej bywają bezbarwne. W niektórych kryształach obserwuje się pewne niejednorodności zabarwienia polegające na strefowym występowaniu siatkowo zrośniętych pasm o wyraźnie intensywniejszym zabarwieniu. Przez odpowiednie zaprojektowanie wykorzystania kryształu można niekiedy znacząco obniżyć wpływ owych niejednorodności barwy na jakość brylantów pozyskanych z takiego kryształu.
Wpływ formy wykształceń diamentów jubilerskich na osiągany uzysk brylantów ocenia się według rys. 3.
Największy wpływ na czystość surowych diamentów jubilerskich mają inkluzje. W tej roli spotyka się najczęściej kryształy granatu (piropu), spinelu chromowego, oliwinu, dipsydu, grafitu, diamentu, pirotynu, pentlandytu, pirytu, magnetytu, ilmenitu, rutylu oraz kwarcu, tlenków miedzi i tlenków żelaza. Ich wykształcenie, wielkość, liczba i rozmieszczenie w krysztale muszą być uważnie brane pod uwagę przy projektowaniu wykorzystania kryształu. W takiej ocenie uwzględnia się także położenie i zasięg śladów łupliwości, rys przełamowych, pęknięć naprężeniowych, zaburzeń struktury (zmętnienia i tzw. "chmurki"), linii i płaszczyzn bliźniaczych, linii i płaszczyzn wzrostu.
Przy projektowaniu wykorzystania diamentu ogromnie pomocne stały się ostatnio metody tomografii komputerowej. Umożliwiają one pozyskanie, za pomocą odpowiedniego urządzenia (fot.1), przestrzennego obrazu diamentu przeznaczonego do obróbki wraz z dającymi się ujawnić wadami jego wnętrza i dokonanie na tej podstawie, za pomocą odpowiedniego programu (fot. 2), komputerowej symulacji jego przyszłego wykorzystania wraz z przybliżoną oceną jakości i wartości wytworzonych brylantów.
Główne etapy formowania brylantów
Jak już wspomniano, by diament jubilerski przekształcić w brylant, należy zgromadzić możliwie wszechstronne informacje o jego postaci i wnętrzu, tak by następnie na tej podstawie możliwe było precyzyjne zaplanowanie i dokonanie kilkuetapowej obróbki. Najważniejsze etapy obróbki diamentu przeznaczonego do wytworzenia brylantów to kolejno:
- obłupanie (przełupanie) surowego kryształu diamentu,
- jego przepiłowanie,
-formowanie postaci brylantu z uzyskanych części,
-ich fasetowaniue(wstępne oraz finalne).
Warto zaznaczyć, że nie każdy diament musi podlegać kolejno wszystkim etapom obróbki. Niektóre kryształy są tak uformowane przez naturę, że można pominąć etap obłupywania (przełupywania) i przejść od razu do ich przepiłowywania czy nawet bezpośredniego formowania postaci brylantu i jego fasetowania.
Obłupywanie (przełupywanie).
W czynności tej chodzi o takie uformowanie lub podział kryształu na dwie i więcej części, by nadać im formę przydatną do dalszych etapów obróbki. Na tym etapie udaje się często wyeliminować nierówności zewnętrzne kryształu, jego płaszczyzny zbliźniaczeń, pęknięć, przełamu, śladów łupliwości oraz przynajmniej część inkluzji i zaburzeń struktury. Celem tej eliminacji jest wyłuskanie możliwie największego kamienia (lub największych kamieni) o możliwie najwyższej czystości i jednorodności. Diament charakteryzuje łupliwość oktaedryczna (wg 111), zatem płaszczyzny ośmiościanu wykorzystuje się jako potencjalne powierzchnie podziału kryształu metodą przełupania.
Przed przystąpieniem do wykonania czynności łupania każdy kamień jest bardzo uważnie studiowany celem ustalenia położenia płaszczyzn oktaedrycznej łupliwości; za pomocą specjalnego atramentu (tzw. atrament chiński) zaznacza się wybrane do wykorzystania płaszczyzny łupliwości. Kamień poddawany łupaniu jest osadzany w specjalnym uchwycie. Płaszczyzna przeznaczona do łupania jest następnie nadpiłowana za pomocą ostro zakończonego diamentu (tzw. sherp). Wytworzone nacięcie musi mieć formę litery V, a nie U, ponieważ tępo zakończone ostrze stalowego narzędzia do łupania nie może nigdy dotknąć dna owego nacięcia; w takim przypadku mogłoby to grozić roztrzaskaniem łupanego kamienia, podczas gdy dotykając narzędziem tylko brzegów takiego nacięcia, powoduje się jedynie rozsadzenie i podział kamienia wzdłuż płaszczyzny łupliwości. Nacięcie takie inicjuje się zwykle na krawędzi kryształu; oszczędza to czas i diamentowe narzędzie do nacinania. Jeśli nacięcie zostanie odpowiednio ukształtowane, to pozostaje tylko dokonanie rozłamu za pomocą tępo zakończonego stalowego ostrza i zdecydowanego, pojedynczego uderzenia młotkiem. Od tej fazy obróbki diamentu zależy w znacznej mierze wartość wytworzonych brylantów.
Warto zaznaczyć, że współcześnie czynność obłupywania bywa zastępowana przez cięcie. Dzięki temu udaje się często o kilka procent ograniczyć stratę masy szlifowanego diamentu.
Przepiłowywanie.
Jest to przecięcie obrabianego kamienia na dwie części wzdłuż płaszczyzny nie będącej płaszczyzną łupliwości. Czynność ta pozwala zachować szpice kamieni. Do przepiłowywania idealnie nadają się kamienie w formie oktaedru, dodekaedry i kamienie mniej regularne stwarzają dodatkowe utrudnienia.
Przed przepiłowaniem trzeba odtłuścić powierzchnię diamentu kwasem siarkowym, a następnie zaznaczyć płaszczyznę przepiłowania atramentem chińskim przy użyciu cienkiego markera, zwykle o grubości około 0,2 mm. Rysunek płaszczyzny cięcia utrwalany jest na diamencie przez zanurzenie go w acetonie i podpalenie, aż do całkowitego wypalenia acetonu. Czarny punkt znaczy szczyt koletu, a wypisana liczba - grubość piły, której powinno się użyć do piłowania; zaznaczona czarno linia określa przewidzianą płaszczyznę cięcia. Następnie przygotowywana jest mastyka do osadzenia obrabianego kamienia, często na bazie masy dentystycznej i kleju. Otrzymane ciasto nie powinno lepić się do palców. Osadzone w mastyce kamienie są następnie suszone przez około godzinę w piecu o temperaturze 50-120°C. Większe kamienie wymagają przed suszeniem gruntownej perforacji otaczającej je mastyki, np. cienką igłą, dla stworzenia dylatacji umożliwiających rozładowywanie naprężeń powstających podczas suszenia. Następnie umieszcza się osadzony kamień na pile w taki sposób, by był oddalony od ostrza piły o kilka milimetrów. Cięcie wstępne polega na stopniowym opuszczaniu ostrza piły na kamień. Następnie popycha się kamień prostopadle na ostrze aż do zetknięcia. Moment rozpoczęcia cięcia diamentu przez ostrze daje się stwierdzić dotykiem wskutek pojawienia się charakterystycznych wibracji obsad kamienia. Od tego momentu zwiększa się nieco tempo opuszczania ostrza piły. Charakterystyczny zapach ciętej mastyki i przegrzanego oleju wskazuje na poprawność przebiegu procesu cięcia. Jednocześnie obserwuje się barwę ostrza piły; jeśli czerwienieje, to podsypywany jest proszek diamentowy, jednak ostrożnie, gdyż jego nadmiar może spowodować pęknięcie przecinanego diamentu. Kamień jest przepiłowany dopiero w momencie kompletnego rozdzielenia ostrzem powstających części diamentu. Przedwczesne przerwanie procesu cięcia może spowodować ukruszenie niedociętych części kamienia. Przecięte części diamentu uwalnia się z mastyki w kąpieli wodnej. Niektórzy szlifierze wydobywają z mastyki przecięte kawałki diamentu na sucho, co grozi uszkodzeniem tafli przecięcia. Pęknięcia takie nie są groźne, gdy mają miejsce na peryferiach płaszczyzny przecięcia; gdy zdarzą się w centrum płaszczyzny przecięcia, trzeba ją przeszlifować; pociąga to za sobą stratę masy przyszłego brylantu nie mniejszą niż 10%. Przecięty kamień winien być następnie oczyszczony. W tym celu umieszcza się go w naczyniu wypełnionym kwasem siarkowym z dodatkiem szczypty soli oraz saletry i podgrzewa; kwas siarkowy ciemnieje, a następnie żółknie, manifestując w ten sposób zakończenie procesu oczyszczania powierzchni przepiłowanego diamentu. Potem następuje jeszcze płukanie w wodzie oraz polerowanie powierzchni z użyciem białej tkaniny skropionej metanolem. W rezultacie uzyskuje się diamentowy połysk powierzchni.
Formowanie postaci.
W tym etapie tworzy się zarys sylwetki projektowanego brylantu. W związku z tym doprowadza się brzegi przyszłej rondysty do prostopadłości względem tafli oraz usuwa nadmiar materiału z dolnej części kamienia.
Proces formowania obejmuje następujące etapy:
- Precyzyjne osadzenie (scentrowanie) kamienia przeznaczonego do obróbki w maszynie do formowania postaci; chodzi tu o uczynienie rondysty kolistą przy minimalnej utracie masy kamienia. Głównym elementem maszyny do formowania postaci jest precyzyjnie osadzona tarcza szlifierska, której tempo rotacji może być regulowane w szerokim zakresie. Przeciętna prędkość lewoskrętnej rotacji tarczy szlifierskiej wynosi około 1700 obr./min.; może ona być zwiększana dla kamieni drobnych lub zmniejszana dla kamieni dużych; istnieje także możliwość odwrócenia kierunku rotacji, np. dla uniknięcia powstawania wykruszeń w przypadku obecności określonego typu pęknięć w brzegowej części obrabianego kamienia. Kamień osadza się (pozycjonuje się) za pomocą specjalnego stroboskopu opracowanego w tym celu przez HRD (Diamond High Council). Istnieją dwa typy maszyn do formowania postaci brylantu: jednogłowicowe - przeznaczone do obróbki kamieni dużych, i dwugłowicowe - przeznaczone do obróbki kamieni małych. Maszyna dwugłowicowa pozwala na uformowanie w ciągu dnia sylwetki nawet około 300 kamieni.
- Kształtowanie sylwetki brylantu za pomocą narzędzia skrawającego, jakim jest osadzony w odpowiednim uchwycie diament (sherp), który działa na obrabiany kamień tak jak narzędzie skrawające w tokarce. W tym celu używa się najczęściej diamentów o masie 0,15-0,5 karata. Do obróbki większych kamieni używane są odpowiednio większe diamenty skrawające. W procesie formowania sylwetki kamień bywa często lekko zwilżany celem zapobieżenia pokruszeniu.
Uformowane w ten sposób kamienie są umieszczane w kąpieli alkoholowej. Jej zadaniem jest oczyszczenie ich powierzchni z resztek różnych klejów i cementów używanych w procesie formowania.
Fasetowanie.
W tym celu używa się maszyny, której głównym elementem jest stabilna, precyzyjnie osadzona tarcza obrotowa z wierzchem przykrytym warstwą drewna o grubości 5 cm. Jako tarczy polerskiej używa się krążka o średnicy 30 cm i grubości około 2 cm. Wykonany jest on z porowatego stopu, którego skład stanowi sekret wytwórcy. Tarcza wprawiana jest w rotację o prędkości od 3000 do 4000 obr./min. Porowata powierzchnia tarczy zawiera około 1 karata pyłu diamentowego, który jest zastępowany nowym po zużyciu starego. Jako substancji zwiększającej przyczepność używa się przeważnie olejów, np. oleju rycynowego.
Dla zamocowania obrabianego kamienia stosowane są różnego typu uchwyty; mogą to być uchwyty pozycjonowane półautomatycznie lub automatycznie. Pozwalają one na bardzo precyzyjne, powtarzalne pozycjonowanie obrabianych kamieni.
Przed rozpoczęciem fasetowania dokonuje się selekcji kamieni celem ostatecznego ustalenia sposobów, kolejności i kierunków fasetowania obrabianych kamieni. Jak wiadomo, diament wykazuje nieco inną twardość na różnych płaszczyznach. Nie jest także obojętne, w jakim kierunku szlifuje się obraną ściankę, tzn. czy szlifuje się ją ruchami od lewej strony do prawej, czy też odwrotnie. Rentgenowskie badania diamentów wyjaśniły przyczynę owej niejednorodności poznanej uprzednio doświadczalnie. Jest to związane z przestrzenną strukturą rozmieszczenia atomów węgla w diamencie (rys. 4).
Im gęściej są ułożone atomy w danej płaszczyźnie, tym większe są siły wiążące i większy opór stawiany przy cięciu i szlifowaniu ścianki równoległej do tej płaszczyzny. Doświadczalnie stwierdzono, że najdogodniej szlifować płaszczyzny równoległe do czterokrotnych osi symetrii (rys. 4). Płaszczyznami takimi są ściany heksaedru (sześcianu) i dodekaedru rombowego (dwunastościnu). Z kolei nachylone do tych osi płaszczyzny oktaedru (ośmiościanu), będące jednocześnie płaszczyznami łupliwości diamentu, są najtrudniejsze do polerowania. Ponieważ fasetki wyjątkowo tylko są równoległe do czterokrotnych osi symetrii, wybiera się kierunki szlifowania najbardziej zbliżone do kierunku jednej z tych osi.
 Rys. 4. Struktura diamentu.
Po fasetowaniu kamienie są ostatecznie czyszczone poprzez gotowanie w kwasie siarkowym. i sortowane według kryteriów jakościowych (4C).
 Rys. 5. Elementy symetrii kryształów układu regularnego.
* - carat,colour,clarity,cut (karat, barwa, czystość, szlif).
|
