Огранка алмазов: виды и технология процесса. Из чего делают бриллианты: неограненный алмаз Обработка алмазов в бриллианты

Обработка шкур Своеобразным и оригинальным трофеем являются коврики и покрывала из шкур диких животных. Качество шкуры во многом зависит от ее первоначальной обработки и дальнейшей выделки. Поэтому рекомендуется следовать советам бывалых охотников.Если отстрел

СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ.

Методы обработки алмазов основываются на физико-химических свойствах, присущих алмазам. Исследовательские работы по совершенствованию различных методов обработки алмазов связаны с поисками путей повышения рентабельности и снижения затрат на изготовления каждого одного карата высококачественной готовой продукции при серийном производстве бриллиантов.

Процесс обработки алмаза заключается в удалении части материала.

Это может происходить за счет механического, термического, химического или комбинированного воздействии.

Технологический процесс обработки алмазов в бриллианты включает три стадии:

Распиливание алмазов на части с целью рационального использования алмазного сырья и повышения процента выхода «годной» продукции;

Обточку (обдирку) алмазов по форме близкой к будущему бриллианту, необходимой для последующей огранки со съемом минимального припуска;

Огранку, выполняемую в две стадии:

1. Шлифование со съемом основной массы кристалла для образования на поверхности заготовки граней определенной формы;

2. Полирование с приданием отшлифованным поверхностям зеркального блеска со снятием рисок, оставшихся от шлифования.

Исследовательские работы по поиску путей повышения рентабельности при изготовления изделий из алмазов ведутся на всех технологических переходах обработки алмазов с применением различных методов воздействия.

При механическом воздействия происходит разрушение кристаллов алмазов по плоскостям спайности из-за существенной анизотропии физико-механических свойств алмаза. Разрушение может происходить за счет сжатия, изгиба или растяжения в зависимости от градиента приложенного напряжения.

Химическое воздействие при нормальной температуре (293К) невозможно т.к. при температурах до 800-900К алмаз химически инертен и не поддается действию даже таких кислот как плавиковая, серная, азотная и др. при высоких концентрациях. При температуре больше 900К алмаз приобретает некоторую химическую активность т.к. начинает переходить в другое аллотропное состояние.

Температурное воздействие . При нагревании свыше 900К алмаз начинает менять свои свойства. Твердость алмаза уменьшается при увеличении температуры, также повышается его химическая активность. Это свойство алмаза широко используется при его полировке.

При локальном воздействии температуры можно произвести размерную обработку. Локальная температура создается лучом лазера или электронным лучом. Под её влиянием в зоне воздействия алмаз превращается в углерод, который, соединяясь с кислородом из воздуха, удаляется из зоны обработки.

Комбинированное воздействие. Процесс механической обработки алмазов абразивным инструментом является по существу комбинированным, потому что в нем присутствуют и механическое и термическое и химическое воздействие на обрабатываемую поверхность, т.к. применяемые в настоящее время методы обработки алмазов как правило сопровождается повышением температуры в зоне резания: при распиливании 600К-700К, при огранке 700К-900К и более. Температурный фактор обработки повышает химическую активность алмаза, способствует его графитизации, приводит к росту адгезионной способности аморфного углерода.

Для усовершенствования процесса обработки алмазов возможен подбор химического состава материала обрабатывающего инструмента, например ограночного диска или ввода в зону резания химически активных с углеродом элементов.

При наложенииультразвуковых колебаний на зону обработки алмаза происходит интенсификация процесса съема массы алмаза. В среднем эффективность процесса растет на 10-15%.

Использование в гранильном производстве электроэрозионной обработки, не получило широкого применения из-за серьезных технических проблем при обеспечении электропроводящих свойств поверхности и сложности применяемого оборудования.

Анализ существующих методов обработки алмазов в бриллианты показывает, что в настоящее время единственным универсальным и наиболее перспективным методом огранки алмазов является алмазоабразивная механическая обработка.

Остальные методы на данный момент серьезного практического значения не имеют из-за низкой производительности и сложного технологического оборудования за исключением лазерной размерной обработки алмаза на предварительных операциях. Однако лазерная технология не способна решить проблемы повышения эффективности заключительных операций обработки бриллиантов, особенно наиболее трудоемкой операции огранки. Это связано с тем, что лучевые методы обработки не обеспечивают требуемых параметров качества поверхностного слоя и точности формы бриллианта. Поэтому повышение эффективности алмазоабразивной механической обработки является актуальной научно-технической проблемой современного производства по обработке алмазов в бриллианты.

На протяжении всего времени существования гранильного производства в России имеет место непрерывное совершенствование существующей и создание новой технологии и оборудования, прежде всего направленного на решение проблемы автоматизации ограночных операций и на исключение ручного труда огранщика на финишных стадиях обработки.

Недостатком существующей технологии с ручной огранкой на финишных стадиях обработки алмазов является привязанность огранщика к одному алмазу. На станках с ручным управлением и визуальным контролем точности и качества поверхностей изделий режимы обработки определяются органами чувств оператора- огранщика методом проб и ошибок. Процесс обработки при этом объективно и полностью не контролируется и не управляется, так как в конечном итоге он зависит от квалификации огранщика.

Для повышения эффективности обработки алмазного сырья в СКТБ «Кристалл» (г.Смоленск) создаются автоматизированные распиловочные комплексы АРК-1, АРК-2 и более модернизированный комплекс АРК-3, имеющий более высокую чувствительность датчиков синхронизации включения микроподачи в наиболее оптимальном диапазоне скоростей и более точной ориентировкой кристалла по линии распиливания.

Для повышения эффективности операции обдирки большинство заводов оснащены обдирочными станками ШП-6 и АИЦ 34-006, полуавтоматами СОМ-1, их аналогами ЛЗ-270, а также станками СОМ-2, СОМ-3В.

Дальнейшие работы по совершенствованию процесса обдирки связаны с разработкой управляющих программ, задающих параметры обдирки и последующих операций с гибкой технологической схемой обработки кристаллов, а также создание автоматизированного обдирочного оборудования с ЧПУ, комплексно решающего проблемы повышения эффективности обработки сырья на основе компьютерных технологий.

Процесс огранки (шлифование и полирование) алмазов является наиболее ответственным, трудоемким и многочисленным по количеству персонала в существующем технологическом процессе обработки алмазов, кроме того развитие медицины и электроники предъявляет более высокие требования к размерам, качеству поверхности и получению оптических классов чистоты монокристаллов алмазов чем при огранке алмазов в бриллианты.

В настоящее время на финишных стадиях процесса огранки алмазов используется ручной труд высококвалифицированных огранщиков. Станки для ручного шлифования и полирования алмазов служат для привода во вращение шлифовального диска, на который наносится шаржированный алмазный порошок различной зернистости по поясам шлифования и полирования. Подача на диск производится вручную с помощью приспособления, управляемого оператором, который выбирает «мягкое» направление шлифования и контролирует размер кристалла, руководствуясь своими органами чувств; поэтому решающая роль в качестве получаемого бриллианта зависит от квалификации огранщика и его субъективного самочувствия в процессе работы. При ручной обработке возникают такие погрешности, как неправильность геометрических форм, несоответствие размеров, несходимость граней в одну точку. Поэтому к операциям огранки на финишных стадиях привлекают огранщиков высокой квалификации.

В Российском гранильном производстве была предпринята попытка использовать для автоматизации финишных стадий огранки алмазов станки типа «Малютка», в которых съем припуска с каждой грани осуществлялся на определенной частоте вращения ограночного диска в течение фиксированного времени. Затем оправка в автоматическом режиме осуществляла деление на другую грань и аналогично осуществлялась обработка следующей грани. Однако изделия, полученные на этих станках, не соответствовали техническим требованиям по геометрической точности и сходимости граней в одну точку, т.к. при использовании фиксированного (заранее заданного) времени съема припуска невозможно учесть всех факторов, в том числе влияние изменения остроты режущих зерен ограночного диска в связи с их размерным износом.

Кроме того, и при огранке алмазов вручную, и при использовании станков «Малютка» шлифовка кристаллов осуществляется только в «мягком» направлении, что даёт гораздо худшее качество обрабатываемой поверхности, неприемлемое для изделий микроэлектронной техники. Обработка таких изделий требует огранку алмазов осуществлять только в «твердом» направлении (при этом вероятность дефектов полностью исключается). Однако существующая технология и оборудование для осуществления этого процесса не отвечают этим требованиям.

В настоящее время в процессе огранки используют различного вида манипуляторы серии УП с программным управлением, которые позволяют поднять производительность труда и избавить квалифицированных огранщиков от монотонного труда по «снятию массы».

На одном станке с использованием указанных манипуляторов с ЧПУ может быть произведена одновременная обработка до четырех алмазов. При этом все алмазы одновременно шлифуются только в «мягком» направлении. Момент окончания процесса огранки каждого алмаза для его отвода от ограночного диска, делительного поворота на обработку следующей грани, подвода в зону обработки и поиск «мягкого» направления контролируется огранщиком. Каждый обрабатываемый на таком станке полуфабрикат затем подвергают финишной стадии огранки, которую осуществляют вручную.

Последние достижения в повышении точности механической обработки сделали возможным обрабатывать хрупкие материалы так, что преобладающим механизмом удаления материала становится не хрупкое разрушение, а пластическое течение. Этот процесс известен как шлифование в режиме пластичности. Когда хрупкие материалы шлифуют в режиме пластической деформации, получается поверхность примерно с такими же характеристиками как после полирования или притирки. Однако в отличии от них микрошлифование - это регулируемый процесс, пригодный для обработки высокоточных изделий и деталей сложной формы.

Эта принципиально новая технология, сущность которой состоит в самонастраивающемся компьютерном управлении при реализации модели физической мезомеханики дискретного, пластичного и размерно-регулируемого микрорезания твердоструктурных кристаллов и минералов (алмазов) на основе информации об упругих деформациях в обрабатывающей системе, реализована в станочном модуле с ЧПУ модели АН-12ф4, созданном в АОЗТ «АНКОН».

В процессе обработки алмаза огранщики преследуют единственную цель - сэкономить алмазное сырье и по возможности удалить часть природных включений камня. Процесс огранки - очень сложный в технологическом плане, он состоит из нескольких операций. Заключительным этапом становится шлифовка и полировка, о которых и пойдет речь далее.

После распиловки и придания заготовке нужных очертаний приступают к шлифованию. Облагородить поверхность самого твердого минерала можно только с помощью другого такого же алмаза. Это связано с тем, что камень имеет разную твердость на разных участках поверхности. На этих различиях и "играют" огранщики - они используют алмазный порошок, в котором наряду менее твердым частицами встречаются и более твердые. Ими-то и можно отшлифовать кристалл.

Процесс шлифования на гранильном предприятии выглядит так: шлифовальный станок, который представляет собой небольшой стальной круг диаметром в 30 сантиметров, покрывается алмазной крошкой. Далее при помощи клещей алмазы крепко зажимаются и подносятся к алмазному диску, который крутится с огромной скоростью - 2000-3000 оборотов в минуту.

Процесс шлифования огранщик оценивает на глаз, не особо полагаясь на показания приборов. Как показывает практика, такой подход наиболее результативен в плане качества. Издержки алмазного сырья очень велики - при круглой огранке потери достигают 50-60%. Впрочем, отходы тоже идут в дело - алмазная крошка потом используется для шлифовки.

После шлифовки наступает стадия полирования, которой алмазы подвергаются на том же стальном круге. Разница лишь в величине зерна алмазного абразива - для полировки используется очень мелкий алмазный порошок, который крепится к стальному крусу посредством льняного масло. Как правило, на шлифовальном диске находятся сразу несколько полос с алмазным порошком различной величины (так называемая алмазная паста).

С ее помощью поверхность граней бриллианта становится зеркально ровной и гладкой, что очень важно для светопреломляющих свойств камня. Бриллиант хорошей огранки имеет высокий коэффициент отражения света, вот почему так важно достичь идеальных пропорций.

Завершает огранку процесс промывки, в ходе которого с поверхности бриллиантов счищается производственная грязь и масло, попавшее на камни при соприкосновении с алмазной пастой. Грязь и масло удаляются с помощью водного раствора серной кислоты, спирта и азотно-кислого калия. Бриллианты подвергают кипячению в этом растворе, потом моют в дистиллированной воде и обтирают спиртом. После этих процедур бриллианты обретают заветный блеск и отправляются на оценку, где опытные эксперты определяют их вес, цвет, дефектность, качество огранки, сортируют по размерно-весовым группам в соответствии с российской или международной классификацией

У многих алмазов уже от самой природы есть совершенные формы и оптические свойства, однако первоначальный вид камня никак не может открыть всю красоту бриллианта. Несовершенные грани у камней больших размеров, поскольку в маленьких алмазов часто встречаются вполне приличные грани. Часто кристаллы имеют мелкие повреждения, которые заметны и портят общий вид камня. Иногда кристаллы получают повреждения в результате добычи. Работа над формой алмаза - это первая стадия обработки, вторая стадия - изготовление специальной оправы для бриллианта.

Часто именно камень подстраивают под оправу, и определяет его форму. Обрабатывать камни начали с давних времен, правда, тогда это имело слишком примитивный уровень и все сводилось к шлифовке. Поэтому камень не полностью открывал свои оптические свойства, и заметными оставались внешние признаки. Обычно в древние времена драгоценные камни использовали для кулонов. Иногда ювелиры занимались обработкой камней для первосвященников, тогда камень должен иметь определенные характеристики, цветовую гамму, а уже оправа подгонялась под него.

Среди всех способов огранки является древний, которым пользуются и до нашего времени - "кабошон". Его используют в России, США, Канаде, Мексике, Кубе, Доминикане, Бразилии, государствах Европы и Евросоюза (Болгарии, Великобритании, Испании, Германии, Греции, Италии, Польши, Франции, Хорватии, Чехии, Черногории, Австрии и Швейцарии), а также в странах Азии (Австралии, Индии, Таиланда, Сингапура, Вьетнама, Индонезии, Малайзии, Филиппин, Ирана, Китая), Израиля, странах Африки (Туниса, Египта, Ливии), государствах Кавказского региона (Южной Осетии, Абхазии, Армении, Азербайджана, Грузии), Турции, странах Балтийского региона (Эстонии, Латвии, Литвы, Финляндии), странах бывшего СССР (Беларуси, Украины, Молдовы, Казахстана, Кыргызстана, Таджикистана, Узбекистана), регионах России (Москвы, Санкт-Петербурга, Дагестана РФ, Ингушетии, Чечни РФ, Северной Осетия).

Такой метод позволяет предоставлять камням круглую форму. Подобным способом обработки пользовались еще во времена Древнего Рима. Так сложилось, что методом "кабошон" обрабатывали изумруды, гранаты, сапфиры и рубины. Наиболее часто обрабатывали темно-красный гранат и поэтому со временем именно этот камень стали называть кабошон, очень часто его использовали для брошей. В древности и до 15-го века многие из людей считали, что обрабатывать алмазы вообще нельзя, поскольку они имеют слишком жесткую форму, поэтому из камней только удаляли слой смолы. Такое покрытие имели камни из Индии.

Позже изобрели другой способ шлифовки алмазов - с помощью металлических дисков. Первоначально считалось, что автором изобретения был Луи де Беркан, позже Анри Полак опроверг этот факт. Поэтому возникло предположение, что метод изобрели в Индии. Конечно, индийские мастера мало догадывались о том, что таким методом шлифования они открывают оптические свойства алмаза. Методы шлифовки развивались очень медленно и на 16-й век ювелирам были известны только две формы огранки - наконечник и таблица. С первым видом мастерам было намного легче, чем со вторым, поскольку здесь только нужно было усовершенствовать природные формы камня. Что касается второго метода, то первое, что было нужно - это камни должны иметь большие размеры. Иногда для такой работы использовали пилу.

Следующий метод обработки бриллиантов изобрел кардинал Мазарини, по крайней мере, ему приписывают это изобретение, хотя существуют гипотезы, что метод впервые появился в Индии - огранка розой. Этот метод используют только для обработки алмазов небольших размеров. Всего есть шесть вариантов такой огранки: голландская роза, полуголландская роза, антверпенская роза, двойная голландская роза, треугольная роза, бриолет.

Следующий метод - огранка бриллиантовая - предполагают, что изобрели в 17-в веке в Венеции. Камни, которые проходят этот вид огранки, имеют 32 грани. Такой вид огранки имеет ощутимые преимущества перед другими, поэтому часто камни, которые обрабатывали методом розы, отдавали еще раз бриллиантовой огранки. Еще один вид огранки алмазов - видоизмененная форма. Этот метод оптимален, в том случае, когда требуется максимально сохранить вес камня и при этом никоим образом не нарушить оптического эффекта, часто такой вид обработки называют "звезда Кера". Этот метод изобрели в США, и там приобрел большой популярности, благодаря тому, что бриллианты отмечались необычной игрой света, камень менял свой вид при каждом движении. Кроме того, в начале прошлого века в США изобрели еще один вид огранки, который назвали в честь 60-летия королевы Виктории - "юбилейный". Часто для цветных бриллиантов используют огранку «лестница». Поэтому структура обработанного алмаза состоит из таблички и нескольких рядов граней.

Такой метод используется для того, чтобы в полной мере показать внутреннюю красоту камня. При этом, если камень темного оттенка, то его размеры значительно уменьшают, чтобы поток света не исчезал полностью, и наоборот, если камень прозрачный, то в таком случае его высота должна быть большой, чтобы свет максимально проявлялось. В последнее время бриллианты высокого качества обрабатывают так называемой изумрудной огранкой - в этом случае все пропорции должны быть.

Смешанная огранка - это огранка ступеньками добавлена к огранке бриллиантовой. Относительно эффекта света - он слишком слаб, хотя внешний вид значительно улучшается. Количество граней зависит от запросов заказчика. Привлекательным видом огранки этого метода есть французская огранка. В этом случае эффект света бывает разным, для примера можно привести рубин и сапфир, на самом деле это один минерал - просто это его разновидности. Относительно эффекта света, то через рубин проходит красный луч, а через сапфир - синий, а затем в этих камней различные оптические свойства.

В 1961-м году начинают использовать профильную огранку. При обработке этим методом с помощью специальной пилы алмазы разрезают на пластины, толщина которых составляет 1,5 мм. Затем эти пластины подвергают обработке - верхнюю сторону полируют, а нижнюю сторону покрывают специальными бороздками. Обычно такие пластины отмечаются своими уникальными формами и с них ювелиры изготавливают разнообразные украшения нестандартной формы, первоначальное название огранки - "принцесса". Сегодня люди тратят на бриллианты деньги во всех странах: австралийский доллар, белорусский рубль, британский фунт, европейская валюта, казахстанский тенге, канадский доллар, китайский юань, литовский лит, новозеландский доллар, российский рубль, сингапурский доллар, украинская гривна, швейцарский франк, японская иена, американский доллар и другие.