第6章 宝石加工常用的工艺耗材
第1节 磨 料
磨料指可用于是研磨或抛光的材料，它们是一些具有棱角和一定硬度及韧性的粉状物质，可直接研磨工件和制成磨具用。
6.1.1 磨料的基本特性
（1）硬度较高，一般不应低于被加工材料的硬度。
（2）韧性较好，不能因有研磨压力而易变形和被磨损。
（3）自锐性较好，即当受研磨压力而碎裂时，破碎后的各部分仍保持尖锐的多棱角状。
（4）熔点或软化点较高，在研磨发热作用下，磨料尖角不易熔化或变软。
（5）化学稳定性较好，不与被加工的材料起反应。
（6）形状和粒度较均匀，每号磨料粒度在一定范围内。
6.1.2 磨料粒度的分类及适用范围
1、磨料的粒度等级
磨料粒度表示法：粒度号“＃”、“w”
粒径尺寸“μm”
磨料粒度分类：磨粒 2000～40 μm (17种)微粉 40～0.5 μm (12种)
（1）磨粒分级： 12#、14#、16#、20#、24#、30#、36#、
46#、60#、70#、80#、100#、120#、
150#、180#、240 # 、280#
磨粒的粒度号用筛号表示，例如:
12# 表示12#筛以下～14#筛以上的颗粒级（2）微粉分级：W40 W28 W20 W14 W10 W7 W5 W3.5W2.5 W1.5 W1.0 W0.5
微粉的粒度号以微米值表示，例如：
W40 表示粒径40～28 μm级（上限）
磨料的粒度号与粒径尺寸的对应关系见下表：
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粒度号
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粒径（μm）
|
粒度号
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粒径（μm）
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粒度号
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粒径（μm）
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12#
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2000-1600
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80#
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200-160
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W14
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14-7
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14#
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1600-1250
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100#
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160-125
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W10
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10-5
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16#
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1250-1000
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120#
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125-100
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W7
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7-3.5
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20#
|
1000-800
|
150#
|
100-80
|
W5
|
7-3.5
|
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24#
|
800-630
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180#
|
80-63
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W3.5
|
3.5-1.5
|
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30#
|
630-500
|
240#
|
63-50
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W2.5
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2.5-1.0
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36#
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500-400
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280#
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50-40
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W1.5
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1.5-0.5
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46#
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400-315
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W40
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40-28
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W1.0
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＜1
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60#
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315-250
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W28
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28-20
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W0.5
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＜0.5
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70#
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250-200
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W20
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20-14
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2、不同磨料粒度的适用范围
在宝石加工中，不同粒度磨料的适用范围如下表：
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粒度号
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适 用 范 围
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46#-80#
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大料切割，毛坯倒棱 |
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100#-120#
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小料切割，毛坯倒棱，预形 |
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150#-1803
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成型粗磨，预形，穿孔，小石切磨及修整 |
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240#-W40
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成型细磨，穿孔 |
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W28-W14
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成型精磨，粗抛光 |
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W10-W0.5
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细抛光，精抛光 |
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6.1.3 磨料的种类和性能
磨料主要是一些具有一定硬度和韧性的粒状或粉状的矿物质材料。按成因可分为天然磨料和人造磨料两大类。
天然磨料：金刚石、刚玉、石榴石、石英，等等。
人造磨料：金刚石系、碳化物系、刚玉系，等三大系列。
1、金刚石
- 包括天然和人造金刚石。
- Hm=10，Hv=10000kg/mm2。
- 有一定韧性，但脆性相对较大，因易沿八面体完全解理方向破裂，自锐性较高。因而，耐磨性强，磨削性能好。
- 耐热性良好，在无氧化条件下加热1000℃无变化。
- 化学性质稳定，与酸碱物质不起反应。
2、碳化硅（SiC）
- 以石英、石油焦碳为主要原料在1800℃以上高温下炼成的结晶化合物，是一种常用人造成磨料。
- 黑碳化硅Hv=3100～3280kg/mm2,性脆，自锐性好；
- 绿碳化硅Hv=3200～3400kg/mm2,性脆，自锐性好。
- 但绿碳化硅含杂质少，硬度和脆性比黑碳化硅高，自锐性更好，磨削能力更强。
具良好导热性、耐高温和不受腐蚀等特性。
- 常用来制造砂轮、砂带、砂布等磨具，或供自由研磨用。
3、碳化硼（B4C）
- 人造成磨料的一种，由硼酸与碳在电炉中2000 ℃以上的高温下合成。
- 暗灰至黑色，硬度很高，耐磨性好，Hv=4000～5000kg/mm2
- 属高级磨料，常代替金刚石用作研磨和抛光中、高档宝石。
4、刚玉（Al2O3）
- 包括天然和多种人造成刚玉（棕 刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、白刚玉、锆刚玉等）。
- 硬度高，Hm=9，Hv=1800～2400kg/mm2，韧性较大，切削力强，但自锐性相对较低。
- 适于磨削韧性较大的翡翠、软玉、虎睛石等材料，而对其它宝石材料的磨削能力不如金刚石、碳化硅和碳化硼。
抛光剂是磨料中的一些可用于抛光的微粉状特殊材料。宝石加工常用的抛光剂有：
1、钻石粉（C）
- 将天然或人造的工业级金刚石压碎成粉未，经分级，即可制成不同型号的钻石粉，呈灰白色，极精细（W10以下）的可用作抛光剂。
- 用法：干钻石粉与缝纫机油调成糊状；钻粉研磨膏可加适量缝纫机油稀释。
- 可用于抛光任何宝石，效果好，但成本高，一般仅用于抛光硬度＞7的宝石。
2、氧化铝（Al2O3）
- 铝氧化粉：纯度低，抛光性能差，但价格低廉，适合大量用于珠型和随型 宝石的抛光。
- 铝钒土：纯度较低，抛光性能较差，价格低廉，用途同铝氧化粉。
- 红宝粉：人造刚玉粉，红色，抛光性能好，主要用于刻面型和部分弧面型宝石的抛光。
- 蓝宝粉：人造刚玉粉，多呈白色，性能和用途与红宝粉一样。
3、氧化铈（Ce2O3）
- 呈微黄粉红色，粉状。
- 易溶于浓硫酸或浓硝酸，不溶于稀酸和水。
- 适用于抛光脆性的中硬度宝石，如水晶、橄榄石、锆石、绿柱石、电气石等，效果可达极佳。
4、氧化锡（SnO2）
- 呈白色粉未状。
- 可用于各种中硬宝石的抛光，但效果一般。
5、氧化锆 （ZrO2）
- 呈浓艳的红棕色粉未状，外观似红宝粉。
- 可用于中硬以下宝石的抛光，但效果不及红宝粉。
6、氧化铬（Cr2O3）
- 呈深绿色粉状，俗称绿粉。
- 硬度中等（Hm=5～7)。性质稳定，不溶于水。
- 适于中硬~中软（Hm=6～3）宝石的抛光，如翡翠、绿松石、孔雀石等，效果好。
- 缺点：
- 常因颗粒粗细均匀，若掌握不好，易在抛光面上留下擦痕；
- 易污染工件、工具、手指、衣物等，故对裂隙或孔隙的宝石不适合。
7、氧化铁（Fe2O3）
- 呈深棕 红色，俗称红粉、铁丹。
- 性质稳定，不溶于水，但溶液于盐酸。
- 粉状粒度一般在0.25～0.75μm，细腻均匀。
- 可用于多种中硬以下宝石的抛光，效果一般。
- 缺点：易污染宝石材料，难清除。
8、硅藻土（SiO2）
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- 用含硅藻壳骸的生物岩经粉碎、分选、提纯而成。
- 呈灰白~微黄色粉状，质地细腻。
- 硬度中等，Hm=5.5～5.6。
- 化学性质稳定，不溶于水，仅易溶于氢氟酸。
- 可用于玛瑙、翡翠等韧性较大或其它中硬宝石的抛光，对部分高硬度宝石如蓝宝石、海蓝宝石的抛光也可这到很好效果。