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1、8.1宝玉石材料的加工工艺原理及方法8.1.1宝玉石加工工艺的发展史8.1.2宝玉石材料的加工工艺和特点8.1.3磨削工艺原理8.1.4抛光工艺原理8.1.5影响宝玉石表面加工质量的因素8.1.6加工余量及设定8.2宝玉石的优化及损害性处理8.2.1宝玉石的优化8.2.2宝玉石的损害性处理与后果8.3宝玉石的鉴定原理与常用仪器8.3.1宝玉石的物质结构与鉴定原理8.3.2常用鉴定仪器8.4贵重宝石的鉴定与质量评价8.4.1钻石的鉴定与质量评价8.4.2常见宝玉石的质量分级与评价8.4.3宝玉石鉴定证书8.5贵金属的识别和检测8.5.1贵金属的识别方法8.5.2贵金属的常用检测方法8.6金属材料
2、的加工工艺原理8.6.1金属的晶体结构及机械性能8.6.2金属材料的冷加工8.6.3金属材料的热加工8.7首饰的加工质量要求与检验8.7.1机械制造中的加工质量要求及标准8.7.2首饰外观质量的检验8.7.3宝玉石的加工质量要求8.7.4贵金属的加工质量要求8.7.5其他材料的加工质量要求8.7.6由质量控制引出的几个问题8.1.1宝玉石加工工艺的发展史8.1.2宝玉石材料的加工工艺和特点8.1.3磨削工艺原理8.1.4抛光工艺原理8.1.5影响宝玉石表面加工质量的因素8.1.6加工余量及设定n 在远古时代，人类的祖先就懂得从大自然中选择珍奇的天然材料，例如兽牙、鱼骨、贝壳、玉石、砾石和玛瑙等
3、，经过简单地加工，制成珠、环和坠等形状的装饰物品，这是人类最早的文化创造和饰物。n 我国的宝玉石加工业经过新石器时代、奴隶社会、封建社会的长期演变及发展，宝石首饰和玉器的制造技术不断进步，造型能力不断提高，用料和雕琢工艺日趋成熟。特别到了明代和清代，民间玉器十分兴盛，宫廷宝玉石饰品的雕琢工艺更是登峰造极，达到了设计精美(山水人物、花鸟虫鱼、器皿盆景珠宝首饰的造型情景交融)、加工工艺细腻、一丝不苟的高水平。中国的玉器雕琢工艺已被世界公认为独一无二的造型艺术。清朝末年，我国深受帝国主义侵略，沦为半封建、半殖民地社会，宝玉石加工业处于惨淡经营状态。 新中国成立后，宝玉石加工业经过扶植保护，又得以兴旺
4、发展。特别是近20多年来，珠宝首饰行业遍布全国，从业人员已达数十万，珠宝首饰的生产和销售进入了一个崭新的阶段。n 金刚石、红蓝宝石、祖母绿等稀有名贵品种宝石的加工业，在世界各地也有悠久的发展历史。特别在19世纪之后，欧美各国开始运用矿物学、光学、物理、化学、机械、电子和激光等学科的研究成果，逐步建立了一套有关宝玉石加工的理论体系，使宝玉石加工从主要依靠工匠实践经验的状态中走出来，有了相应的科学理论指导和现代加工工艺及技术。n 宝玉石加工业的发展与人类社会及科学技术的进步是休戚相关的，通过对宝玉石加工工艺和设备的研究开发，将使宝玉石加工业向高质量、高效率的现代化方向发展。 宝玉石加工与一般的金属
5、或非金属材料的机械加工不同。这是因为大部分宝玉石所具有的硬度、韧性、脆性等机械加工特性，决定了它的加工操作过程，将主要采取磨削工艺与琢磨操作。n大部分进行琢磨作业的宝玉石加工设备，都有由电动机带动的高速旋转磨具，利用磨具上黏附的硬质磨料，对原石进行琢磨作业。磨料颗粒对原石表面有压碎作用和切削作用。琢磨作业的效率取决于磨料的硬度、颗粒大小及形状、黏附方式、施加的压力、转速和冷却效果等因素。n琢 在琢磨操作中，所谓“琢”，即指切开作业。将原石中不需要的部分切去，或者将大块原石分割成所需的小块都属于切开作业。n磨 在琢磨操作中，“磨”即指磨削作业。倒棱、圈形、粗磨、细磨和抛光都属于“磨”操作工序。n
6、“琢”操作工序留下的必需的加工余量，将依靠“磨”操作工序除去。“琢”和“磨”操作的结合，将最终完成宝玉石的加工。(1)宝石加工具减法操作特性n宝玉石加工工艺就本质而言，属于减法操作类型。每道加II序所留下的加工余量逐渐递减，最后趋于零。(2)宝石饰品制作具独特个性 n在中、高档宝玉石加工中，很少以生产同规格的批量产品为目标，这是因为当每颗原石的大小、形状和其他性质存在差异时，必须采取分别进行款式设计和加工的做法。同时，宝石加工中的大量手工操作，也增加了饰品制作的独特个性。(3)加工不同品种宝玉石采用不同加工工艺及设备 n具有性质、质量和价值差异的不同品种的宝石，应该采用相应的加工工艺及设备。例
7、如：专门的钻石、中高档宝石加工工艺；低档宝石和人造宝石的自动化程度高、标准化大批量生产的加工工艺；用于珍珠和珊瑚等有机宝石的加工工艺等。 (4)加工不同款式宝玉石而形成不同的工艺技术和专 用设备 n为了充分表现宝玉石饰品的美学价值和商品价值，设计了多种多样的宝玉石饰品款式，由此产生了相应的加工工艺和技术，以及专用的加工设备，例如：翻面型款式、弧面型款式、珠型款式的宝玉石加工工艺及设备；随意型款式的玉石雕刻和加工工艺及设备等。n宝玉石加工大量采用磨削工艺，依靠高硬度磨料对原石进行磨削加工。n磨削工艺原理概述：磨料与宝石坯料之间的相对运动及相挤压产生的摩擦作用，形成磨削力，此力通过磨料颗粒尖顶，对
8、宝石表面实行压碎和切削，工作面上磨削下来的碎屑不断被冷却液带走，以此逐步完成对原石的切割或研磨。下图是单颗磨粒对宝石表面实行压碎和切削作用的示意图。n单个磨粒对宝石的磨削是点磨削和线磨削。磨具和锯片上有大量磨粒，它们的磨削作用可以综合形成面磨削。n 磨削力是磨具与宝石坯料之间相互作用而产生的一对作用力和反作用力。它主要由宝石的形变及坯料与磨具之间的摩擦而产生的。磨削力被分解成主要产生压碎作用的径向压力和产生切削作用的切向力。n 磨削加工的效率与磨削力成正比关系。磨削力的大小与磨粒性质和形状、磨具或锯片的运动线速度、坯料对磨具的压力、磨具与宝石坯料之间的摩擦系数等有关。磨粒应具有一定的硬度和韧性
9、，以减少破损脱落，延长使用时间。n 由于物料问的摩擦及作用力，磨削作业必然产生大量的磨削热，并使磨削面的温度剧增。为了减少磨削热对磨削过程和设备的不良影响，为此，必须使用冷却液对磨削面进行降温处理。同时，选择适当的磨料、线速度和工作压力也可以控制以防磨削热过大。n目前，阐述金刚石的磨削加工原理有两种理论，即n机械破损加工理论n钻石高温转化理论。n实践表明，加工过程中，巨大的磨削热产生高温，使工作面的部分钻石转化为石墨，从而大大提高了磨削金刚石的效率，这反过来说也会严重损害金刚石磨料的工作效率和使用寿命。n宝玉石的抛光机理比较复杂。现有三种学说比较流行：1.微粒机械磨削学说2.流布学说3.物理化
10、学学说。8.1.4.1微粒机械磨削学说n研究微粒机械磨削学说的学者认为，抛光过程实际上与磨削过程相类似，它们之间的惟一区别仅在于加工时所采用的磨料粒度不同。当磨料粒度越小(如微粉级)时，磨粒在宝石表面磨削下来的磨屑就越细，使宝石表面形成无数相互交错的细密的微痕，当磨粒磨削深度在100nm左右时，所加工的宝石表面就会出现所谓的“镜面效应”。n微粒机械磨削学说虽然可以解释大多数的抛光机理，但对有些现象却不能合理解释，例如：n(1)有些宝石在抛光过程中并无明显的质量损失，如玛瑙、水晶等用氧化铈或氧化铬等抛光剂抛光时就是如此。n(2)有些宝石除了高硬度抛光剂外，还有低硬度抛光剂也能获得较好的抛光效果，
11、如用玛瑙粉或硅藻土来抛光刚玉类宝玉石。n(3)有些宝石在使用某些抛光剂进行抛光时，需要有一定的温度和压力条件等。8.1.4.2 流布学说（塑性流动学说）n在抛光过程中，抛光剂与某些宝石抛光面之间的摩擦作用，引起宝石表面产生热塑性流动、热熔化流动，以及化学作用引起的分子流动等，从而形成一种表面塑性层或熔化层及分子层重新流布的过程，这样的流布结果可以形成平整光滑的表面结构(或称为别里毕层)，也完成了宝石抛光，这就是流布学说解释的抛光机理。n流布学说可以解释某些宝石的抛光原理，例如：n (1)玛瑙、孔雀石、松石和方解石等的表面抛光层，可能是热塑性流动、热熔化流动形成的；n (2)水晶、黄玉、海蓝宝石
12、等宝石用氧化铈抛光时，可能是分子流动在宝石表面凹痕处重新结晶，形成比较平整光滑的表面；n (3)有些宝石的抛光层，可能是由热塑性流动、热熔化流动和分子流动共同作用下形成的。 8.1.4.3物理化学学说n这是一种依据宝玉石与抛光剂和水进行化学和物理化学反应，进而实现平整表面和抛光作业的学说。n物理化学学说实例：n (1)某些硅酸盐成分宝玉石的不平整表面，在抛光过程中会被水解，生成硅酸盐凝胶微薄膜。由于此薄膜具有很强的吸附性，所以当其被抛光剂带走时，它也会把表面微凸痕部分同时揭走，从而使宝玉石表面得以平整，这就是水与宝玉石表面发生化学和物理化学作用的机理。n (2)某些氧化铝成分宝玉石的不平整表面
13、，在抛光过程中会与水和抛光剂玛瑙粉或硅藻土)发生化学反应：Al2O3+2SiO2+2H2O=Al2Si2O72H2O 由于抛光剂和水对宝玉石表面的这种腐蚀作用，而使宝玉石得以形成平整的抛光面，这就是低硬度玛瑙粉能抛光高硬度刚玉类宝玉石的原因。n三种学说都有一定的实验结果为基础，各自都可以解释部分抛光现象，但都有解释不了的例子。这说明三种学说都有一定的局限性。比较合理的解释似乎应该是这三种学说所阐明的抛光原理，在抛光过程中同时产生，即抛光过程是一个机械作用、化学作用和物理化学作用的综合作用过程，只是对不同种类宝石，当采用不同抛光剂时，可能是以某种作用为主，而其余两种作用不太明显而已。由此可知，熟
14、悉和研究抛光机理，对于抛光剂的制备和选用、改进抛光工艺、提高抛光效果和质量都具有重要意义。(1)宝石材料性质 n在同等磨削条件下，硬度越高的宝石，加工后的表面粗糙度一般就越低；n韧性较强的宝石，加工后的表面粗糙度一般也较低。(2)磨具性能磨料粒度。粒度越细，加工后的表面粗糙度就越低。同时，又与粒度的一致性和韧性一致性有关。磨具硬度。通常磨具硬度越高，加工后的表面粗糙度就越低。磨具组织。一般磨具组织越致密，加工后的表面粗糙度就越低。(3)磨削工艺参数磨削深度。通常磨削深度越大，加工后的表面粗糙度就越大。磨具工作面的线速度。在其他条件相同时，线速度越大，加工后的表面粗糙度就越低。宝石给进量。施加过
15、分大的推进压力，不仅会增加宝石给进量，而且会造成表面粗糙度增大。磨具半径。增大磨具半径，一般可以增加线速度和磨具稳定性，减少振动，从而减小表面粗糙度。磨具冷却液。重视冷却液的吸热润滑和清洗作用，注意及时更换和过滤。磨具的机械振动。整机刚性和运转的平稳性，特别在细磨和抛光工序中，可以降低表面粗糙度，减小由振动、冲击引起的宝石和磨粒的破裂或破碎。n加工余量：从宝玉石的原石或毛坯，到琢磨成一定款式的制品，必须除去一定量的石料表皮层和多余部分，统称为加工余量。按照加工工序，可以分为切割余量、预形余量、粗磨余量、细磨余量和抛光余量。在每道工序之后给下一道工序留下的余量称为工序余量。所有工序余量之和称为总
16、加工余量。n加工余量的设定：加工余量设定过小，将不能获得所需的体形或比较高的工艺精度；反之，加工余量设定过大，会造成材料不必要的质量损失，增加加工工时和成本。在加工成本合理、加工质量符合要求的前提下，应该尽量选用能使加工余量比较小的加工方法。8.2.1宝玉石的优化8.2.2宝玉石的损害性处理与后果n宝玉石的优化：宝玉石的优化与处理就是对天然宝玉石成品和原料进行人工改善，使其更能符合人们的欣赏心理与要求。它与使用机械方法改变其形态的，并制成被消费者接受款式的切磨、抛光作业有所不同，但目的是一致的。严格地说，优化与处理指的是除切磨和抛光以外的任何用来改善宝玉石品质的方法。n最常使用的优化宝玉石方法
17、：有热处理、表面扩散处理、辐射处理、染色处理、充填处理、漂白处理、表面涂层处理、激光穿孔作业、化学表面处理和拼台处理等。n任何“优化处理”不当都会对宝玉石产生损坏，从而变成“损害性处理”。如：n热处理产生裂纹n辐射处理残余放射性n染色及化学处理扩大裂纹n漂白处理损伤内含有机质8.3.1宝玉石的物质结构与鉴定原理8.3.2常用鉴定仪器n宝玉石具有自身的物理化学性质，通过这些性质的观察和测量，判断宝玉石的种类和质量。n笔式聚光手电透明度n电子天平质量、密度n比重液密度n宝石放大镜放大n宝石显微镜放大n分光镜可见吸收光谱n折射仪折射率n偏光镜光性n二色镜多色性n紫外荧光灯种类n查尔斯滤色镜至色离子n
18、热导仪导热性n钻石切磨比率仪切工n反射仪反射强度n分光光度仪特征组分n扫描电子显微镜微区成分、细微结构nX射线检测装置成分结构n电子探针装置微区成分、细微结构n红外光谱装置成分、有机物n拉曼光谱仪种类n用来观察浓色宝石的透明度。聚光手电的电珠应凹于笔头面，不能凸出笔头面，否则不便于观察。 n最常用的是10倍放大镜，还有20、30倍的几种。放大镜是宝石专家的关键工具和必备之物，便于携带。可用它来鉴定宝石的品种和真伪。用放大镜可以观察：（1）宝石的表面损伤、划痕、缺陷。（2）琢型质量。（3）抛光的质量。（4）宝石内部的缺陷、包裹体。（5）颜色的分布和生长线等。n宝石显微镜是宝石放大观察的一种重要的
19、仪器。它能够检测10倍放大镜不能清晰地确认或观测到宝石外部和内部特征。宝石显微镜可以观察宝石内部的包裹体、解理、双晶纹、生长线、色带；观察宝石的磨工、抛光度和意外损伤；鉴别拼合宝石二层石、三层石。n宝石显微镜有两种光源，一般用底灯观察宝石的内部缺陷，如包裹体、裂隙等；用反射灯观察宝石的表面特征，如断口、色带、解理面等。n折光率是透明宝石重要的光学常数，是鉴定宝石品种的主要依据。折光仪是根据光的全反射的原理制造的。目前常用的折光仪只适用于折光率为1.36-1.81范围内的宝石。n折射仪既可以测试刻面宝石的折光率，还可以用点测法测出弧面宝石的折光率。n二色镜使用的是一块合适的透明的无色方解石（冰洲
20、石）菱面体，由于冰洲石的双折射率较高，该仪器可以将穿过宝石的两条平面偏振光线分离开来。n要求必须是有颜色透明的单晶体宝石才能够检测出多色性，玉石不能检测多色性。n原理：滤色镜是利用吸收光的特定波长这一特征而设计的。它由两片仅让深红色和黄绿色光通过的明胶滤色镜组成的宝石鉴定仪器。n使用方法：采用强光源固定好宝石，滤色镜贴眼睛进行观察。n应用：对识别一些染色宝石和人造宝石特别有效，如用铬盐染成滤色的翡翠在查尔斯滤镜下会变成粉红至棕红色，而天然翡翠，则为绿色或灰绿色。 n热导仪是根据钻石具有良好的传热性而设计制作的。绝大多数宝石不具备热导性或热导率极低，所以一般热导仪均为区别钻石与人造仿钻制品而设计
21、的，是鉴别钻石与其它仿钻制品的专用仪器。钻石热导仪由金属针状测头与控制盒组成，当测头尖端触及钻石钻石表面时，温度明显降低，由仪器表头信号灯或鸣叫声显示测定结果。热导仪长十多厘米，便于携带。但由于近来人们又制造出一种钻石的代用品碳化硅，其热导率比钻石略高，所以热导仪也不是那么管用了。n由提供紫外线光源的灯发出紫外线光，而经特制的滤光片后，仅射出主要波长为365nm的长波（Lw）和253.7nm的短波（Sw）紫外光。n用途：帮助鉴定宝石品种，如： Lw Sw红色石榴石 无 无 红宝石 亮红 暗红锆石 黄 黄帮助判别天然与合成宝石。n偏光器是使平面偏振光垂直相交，光线通不过的原理制造的一种简单的光学
22、仪器。偏振器是由两个震动方向垂直的偏光片、支架和底部照明灯组成。用以检测宝石的光性（是均质体还是非均质体）和多色性。n用于检测贵金属的种类8.4.1钻石的鉴定与质量评价8.4.2常见宝玉石的质量分级与评价8.4.3宝玉石鉴定证书n目前国际和国家评价标准是“4C”，即：nCarat（克拉）nColor（颜色）nClarity（净度）nCut（切工）n钻石有“4C”标准Colour,Clarity,Cut,Caratn其它宝石没有统一标准，一般参照“4C”标准8.5.1贵金属的识别方法8.5.2贵金属的常用检测方法n金1.眼看法2.手掂法3.手扳法4.听声法5.牙咬法6.火烧法7.酸验法8.条痕法
23、9.水银法n银1.眼看法2.手掂法3.手扳法4.听声法5.酸验法6.条痕法7.硫化银反应n铂1.眼看法2.手掂法3.火烧法4.条痕法5.双氧水反应正规厂家大多数在饰品上打有厂名和成色印鉴n条痕检测法与酸反应n净水力学法密度nX荧光光谱分析法n电子探针分析法8.6.1金属的晶体结构及机械性能8.6.2金属材料的冷加工8.6.3金属材料的热加工n8.6.1.1金属的晶体结构n8.6.1.2金属的机械性能n原子间以金属键连接，常见面心立方晶格、体心立方晶格和六排立方晶格硬度强度塑性韧性冲击疲劳强度n300下的加工，包括n钳工操作n机械切削n塑性成形n在熔点附近的加工n熔点以下作热锻和热轧n熔点以上作
24、熔化和铸造8.7.1机械制造中的加工质量要求及标准8.7.2首饰外观质量的检验8.7.3宝玉石的加工质量要求8.7.4贵金属的加工质量要求8.7.5其他材料的加工质量要求8.7.6由质量控制引出的几个问题n尺寸精度n形状精度n位置精度n表面粗糙度n8.7.2.1首饰外观质量要求n8.7.2.2首饰综合质量要求(1)整体造型美观，主题突出，立体感强；(2)图案纹象自然，布局合理，线条清晰；(3)实镶操作后的工件表面光洁或表面处理得当；(4)掐丝流畅自然，填丝均匀平整；(5)浇铸件表面光洁，无砂眼、无裂浪和缺陷；(6) 镶石牢固、周正、平服；(7) 焊接牢固，无虚焊、无漏焊、尤明显的焊疤；(8)錾
25、刻花纹自然，整体平整，层次清楚；(9) 弹性配件应灵活、有力；(10)装配件灵活、牢固、可靠；(11)表面处理色泽一致、光亮、无水渍；(l2) 印记准确、清晰、位置适当等。n外观质量n材料成分n机械强度n结构尺寸n佩戴安全性n镀层厚度宝玉石加工的重要性n宝玉石饰物的美学价值和商品价值的高低，是由其内部因素和外部因素决定的。n内部因素主要是指宝玉石材质(如美丽的颜色、晶莹洁净的质地和璀璨的光泽等)；n外部因素则主要是指宝玉石饰品的造型、款式、加工工艺及质量等人为因素。n宝玉石加工的目的就是要在展示宝石外在美的基础上，最大限度地挖掘其内在美，力争提升宝玉石的总价值。n所谓“三分料，七分工”，不仅强
26、调了加工工艺的重要性，而且指出了加工质量对宝玉石总价值的影响程度。所以特别强调宝玉石加工的质量要求和规范。n对于有一定光学特性要求的贵宝石饰品，在力争保留成品最大质量的同时，应特别强调款式设计和加工尺寸的科学性，以及符合标准或规范要求。n例：n对于具有特殊光学效应的宝石，观察其光学效应的明显程度更为重要。n对于一般宝石也有款式设计和加工尺寸的具体要求。成品的表面应该加工得十分光洁，尺寸、角度和弧度也要准确无误。n例：n钻石的加工质量评定已有统一的钻石分级标准，在钻石切工比率及角度分级表中，规定了台宽比、冠高比、腰厚比、亭深比、底尖比、全深比和冠角等加工数据范围。n宝玉石表面的加工质量的检验和评
27、价，通常都是凭肉眼或借助510倍放大镜进行的，其质量的好坏完全凭各自经验来判断，没有统一标准。一般要求在最后一道工序(抛光)完成后，宝玉石表面应该达到在10倍放大镜下，见不到可分辨的划痕毛面和微裂纹。n例，翻面型款式的加工质量的评价内容有以下内容：n (1)外形的规整性； n (2)加工的准确程度，切磨角度和比例是否正确，是否有漏光现象；n (3)加工的精密程度，小面的对称性，有无多余小面，有无畸形，边棱线是否交于一点。n (4)抛光的光滑程度，表面有无砂眼和划痕，是否抛出宝玉石应有的光泽等。n(1) 贵金属及合金材料符合成分设计要求;n(2)冷加工后要进行退火处理，以保持材料的韧性和强度;n
28、(3)贵金属饰品和托架的内部不含气孔或裂缝，外形及尺寸必须符合造型、款式设计要求;n(4)表面无凹凸不平粗糙感觉，表面处理的效果符合设计要求;n(5)焊接处的强度、连接和颜色，也应该符合设计要求等。 普通金属的加工质量要求参考贵余属饰品的n(1)玻璃材质(如透明度、颜色、内部气泡或条纹)符合设计要求;n(2)材料内部应力可以通过退火处理得以消除，并使用应力仪进行检测;n(3)精细的冷加工应保证外形及尺寸必须符合造型、款式设计要求;n(4)通过表面抛光或表面处理(如涂层、镀层、蒙砂)，使之符合外观设计要求等。(1)塑料材质(如透明度、颜色)符合设计要求；(2)精细的热注塑和冷加工应保证外形及尺寸
29、必须符合造型、款式设计要求；(3)通过表面抛光或表面处理(如涂层、镀层、蒙砂)，使之符合外观设计要求。n质量与价值n质量与工时定额n质量与材料消耗n质量与安全n宝玉石鉴定n董振信 编著n地震出版社出版n1999-01-01出版 n定价 ￥58.00 nGB/T 16553-96 珠宝玉石 鉴定 n国家技监局编n标准出版社出版n1997年8月出版n定价￥25.00n宝玉石加工改色工艺与检测n何金明、史军、郭福文、来建中编著n新疆人民出版社出版n2005年出版n定价53元 n宝玉石优化处理与现代测试技术n彭明生编著n科学出版社出版n1995年出版n定价￥ 35.00元1. “琢”与“磨”的含义如何？2. 宝玉石加工的意义如何？3. 何谓加工余量？何谓工序余量？4. 磨削的原理？5. 抛光的原理？6. 怎样评价宝玉石加工质量好与差？7. 怎样评价贵金属加工质量好与差？