宝石加工 耗材4章上课1用课件

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1、,宝石加工工艺学,彭桂仙 讲授,第五章,宝石加工常用的工艺耗材,指可用于是研磨或抛光的材料，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。一、 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。,第一节 磨 料,（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。,1、磨料的粒度等级 磨料粒度表示法：粒度号“”、“w

2、” 粒径尺寸“m”磨料粒度分类：磨粒 200040 m (17种) 微粉 400.5 m (12种) （1）磨粒分级： 12#、14#、-100#、-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,二、 磨料粒度的分类及适用范围,（2）微粉分级：W40 W28 W20 - W1.0 W0.5。 微粉的粒度号以微米值表示，例如：W40 表示粒径4028 m级（上限）磨料的粒度号与粒径尺寸的对应关系见下表：,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,三、 磨料的种类和性能 具一定硬度和韧性的粒状或(粉)矿物质材料。 天然磨料：金刚

3、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 (天然和人造) 有韧性，脆性较大，自锐性较高、耐磨性强，磨削性能好、耐热性良好(1000无变化)化学性质稳定。 2、碳化硅（SiC） 以石英、石油焦碳为主原料在1800以上高温下炼成结晶化合物，是一种常用人造成磨料。 性脆，自锐性好。磨削能力强等特性。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） 人造磨料，由硼酸与碳在电炉中2000 以上高温下合成。 灰至黑色，硬度很高，耐磨性好， 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） 天然和人造刚

4、玉（棕刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、白刚玉、锆刚玉等）。 硬度高、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。,四、 抛光剂的种类和性能 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）

5、 铝氧化粉：纯度低，抛光性能差，但价格低廉，适用珠型和随型宝石抛光。 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，主用刻面型、弧面型宝石抛光。 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、。,6、氧化铬（Cr2O3） 俗称绿粉。硬度中等。性质稳定，不溶于水。 适于中硬、中软宝石的抛光，如翡翠、绿松石、孔雀石等. 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） 俗称红粉、铁丹。性质稳定，不溶于水，但溶液于盐酸。 粉状细腻均匀。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） 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=5.55.6。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

7、韧性较大或中硬宝石抛光，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。,第二节 磨 具,磨具是切割、研磨和抛光工具的总称。 磨具按功能分为三类： 切割磨具锯片 研磨磨具砂轮、磨盘、磨头、砂带、砂布 抛光磨具抛光轮、抛光盘,一、 锯 片 1、金刚石锯片的结构 金刚石锯片一般由刀基、金刚粉和结合剂三部分组成，如下图所示。,2、金刚石锯片的种类 金刚石锯片有种类很多（见下图），按制作工艺可分为热铸法和电镀法两大类。,1）刀基：承载并支撑金刚石粉的金属薄片。 大型锯片硬质锰钢、锰硅钢片等材料。 中型锯片软钢片、冲压铁片、冷钆铁片等材料。 小型锯片薄冷钆铁片、青铜片等材料。 2）金刚石粉：被

8、附在锯片边缘，起类似锯齿的作用。 大型锯片磨料粒度46#80# 中型锯片磨料粒度100#180# 小型锯片磨料粒度240#W40 3）结合剂：把金刚石粘附在刀基上的材料。 通常用金属结合剂，如青铜粉、电镀金属等为结合剂材料。,1）粉未冶金法（热铸法）锯片 制作方法： 将金刚石粉与黄铜（或其它）粉相混合，压特制薄环模具内；加热使粉未熔合，烧结成圆环状薄片；将含金刚石粉的铸压环片分段焊接或镶嵌到刀基边缘两侧。,热铸钻粉锯片示意图,大、中型锯片，直径200mm，厚14mm，钻粉粒度50#100#适切大块中低档宝玉石。, 流压-电镀钻粉锯片示意图：,（按箭头安装注意 运转方向：铣槽垂直 锯缘无运 转方

9、向限制铣槽斜交 锯缘有运 转方向限制指向）,2）滚压-电镀法锯片 使用多为中、小锯片，刀薄，对料损少，适合小块宝石材料的切割和修整。 制作工艺：将软钢片冲压成刀基，外径100150 mm，内径2040mm，厚度0.150.40mm将刀基叠层，150片/组，400460退火，铣槽：槽宽0.150.25mm，槽深0.71.1mm，槽数300600个。将钻石粉加甘油调成糊状，滚压入锯片边缘的铣槽中。对锯片分别电镀处理。,二、 砂 轮 用途：冲坯、倒棱、预形。 种类：刚玉砂轮、碳化硅砂轮、金刚石砂轮 1、碳化硅砂轮 （1）砂轮材质：指砂轮的磨料成份。有绿碳化硅和黑碳化硅两种，前者更适用于宝石加工。 （

10、2）砂轮粒度：指砂轮中所用磨料的粒度。宝石加工用的一般在46#240#之间。 （3）砂轮结合剂：宝石加工常用的是陶瓷结合剂和树脂结合剂碳化硅砂轮，金属结合剂用于制做金刚石砂轮，宝石加工中也常用。,各种结合剂的性能见下表,（4）砂轮硬度：指磨表面上磨粒在外力作用下脱落的难易程度，与磨料本身硬度无关。磨粒易脱落者，硬度就低，反之则高。磨具硬度与结合剂有关，一般是： 金属结合剂 陶瓷结合剂 树脂结合剂 （5）砂轮组织：指磨具中磨粒、结合剂和气孔三者的体积关系，以磨粒占磨具总体积百分比表示，百分比越大组织越紧密，反之越疏松。,砂轮磨具组织级别及在宝石加工中的适用范围见下表,（6）砂轮形状和尺寸： 宝石

11、加工中常用的碳化硅砂轮主要是平型砂轮、单斜边砂轮和磨针砂轮三种，砂轮直径一般为150250mm，厚度1550mm。,2、金刚石砂轮 金刚石砂轮是用电镀或其它方法将金刚石固着在金属基轮的外缘表层而制成的一种磨具。,（1）金刚石砂轮的结构 钻粉层金刚石粉+金属结合剂。 过渡层金属结合剂(青铜、镍)。 基体体钢轮或其它金属。,（2）金刚石砂轮形状（见下图）,（3）金刚石砂轮的一般规格 直 径150200mm 厚 度1550mm 粒 度70#320#（钻粉） 金刚石砂轮具有强度高、磨削效率高、磨损小、不易变形、使用寿命长等优点，但价格昂贵。,用途：研磨宝石表面（平面、凸面） 种类：铸铁磨盘、金刚石磨盘

12、 1、铸铁磨盘 一种使用游离磨料的磨盘磨具，多采用灰口铸铁材料制成。 目前主要用于加工某些特殊宝玉石产品。 一般规格：平面直径200300，厚度2530。 使用磨料：一般用碳化硅，粒度1001000(40W) 常见形状：平面（研磨平面）、凹面磨盘（研磨凸面）、同心环槽（研磨球面）。,使用方法： 磨盘须平放，安装要平稳；将磨料水，调成糊状，用毛刷不断涂刷于盘面；要适当控制磨盘转速，不宜过快,三、 磨 盘,2、金刚石磨盘 也称“钻粉磨盘”或“金刚石砂盘”，是一种固着磨料式的磨具磨盘，目前普遍采用。,（1）金刚石磨盘类型 热压金刚石磨盘 结构：由基盘、过渡层、钻粉层 三部分组成特点：金刚石粉层厚(多

13、层)，使用寿命长，造价高。,电镀金刚石磨盘 结构：由基盘和电镀金刚石粉层 组成。特点：金刚石粉层薄(一层)，使用寿命较短，造价较低。,（2）磨盘形状和规格 磨盘直径150mm、200mm 磨盘粒度1201200（W40） 磨盘形状多为平面形，广泛用于刻面型宝石的造型、粗磨、细磨及精磨各道工序中。,四、 抛光盘 抛光盘一般都属于游离磨料磨具，即在使用时，须在盘面上添加抛光剂，后者处于游离分散状态。 抛光盘按材质不同可大致分硬盘、中硬盘、软盘三类，各适合不同琢型和性质宝石的抛光。,1、硬盘 指用金属、合金材料等制作的抛光盘。 多为平面盘，用浇铸法制成，直径有150mm、200mm两种，厚度10mm

14、左右。 特点：导热性好、弹性差、韧性好、易修理、 寿命长，适合刻面型和其它琢型平面的抛光，抛光面形状规整，棱角分明。 （1）紫铜盘：以工业纯铜或电解铜材料制成，呈紫红色，硬度较高，适合红蓝宝石、石榴石等宝石的抛光。 （2）铝合金盘：硬度比紫铜盘低，适合海蓝宝石、绿柱石、金绿宝石、橄榄石、金红石、尖晶石、黄玉、电气石、锆石等到刻面型件的抛光。 （3）锡 盘：以纯锡浇铸制成，下面有铸铁或铸铝基盘衬托。熔点较低(360)，硬度也低，抛光速度较快。适于红蓝宝石、尖晶石、黄玉、绿柱石、锆石、石榴石、电气石、水晶、玛瑙、玻璃等刻面件的抛光。抛光剂用钻石粉、氧化锡、氧化铝、氧化铈等。 （4）锡铅合金盘：以锡

15、、铅两种成分按一定配比浇铸而成。与锡盘相比，熔点更低、硬度也更低，抛光速度更快。适于红蓝宝石、尖晶石、黄玉、绿柱石、锆石、石榴石、电气石、水晶等刻面件的抛光。抛光剂用氧化铝、氧化锡等。,2、中硬盘 指用沥清、木材、有机玻璃及其它塑料等中硬质材制成抛光盘。特点：性能和适用性介于硬、软盘之间，具较好的耐磨性、吸附性，具一定弹性，既适合刻面型、也适弧面型抛光。 （1）有机玻璃盘：平面盘，直径150，厚度12。适于红蓝宝石、黄玉、电气石、水晶、玛瑙等到刻面件抛光。抛光剂用钻石粉、氧化等。 （2）木盘：据宝石硬度采用较坚硬或较软质木材自已制作，形状和大小视需要而定，如平面盘、凹面盘等。适于硬玉、红蓝宝石

16、、水晶、玻璃等刻面件的抛光。抛光剂用钻石粉、氧化铬等。,（3）沥青盘： 主要由沥青松香按一定比例配制而成。 制作方法见图，一般制成平面盘，厚度15。在室温下，沥青盘具有适中硬度和韧性，并具有轻微的流动性和吸附抛光粉的能力。适用于石英类宝石如水晶、欧泊等到的抛光最有效，也适红蓝宝石、黑曜岩、金红石、蛇纹石等抛光。,3、软盘 指用布、皮革、毛毡、尼龙等软质材料制成的抛光盘。 结构：由基盘、抛光层两部分构成。基盘可用铁盘、木盘、或其它材料，抛光层用上述软质材料。二者之间或用粘合剂粘接固定，或用铁箍绷蒙固定。,形状： 软面抛光盘的形状随基盘而定，常用的形状有平形、凹面形和环状凹面形。,软盘特点： 抛光盘面柔软，当受到抛光工件的压力时易屈服成凹面，并可以适应工件形状变化，故适合于凸面型及其它琢型弧面的抛光。（1）布盘：可用帆布、棉布、绒布、呢布、人造纤维等材料制做。 特点是对抛光剂、水的吸附性较好，不致过快引起工件发热，但使用寿命短，易被工件棱角划破。主要适硬度低或耐热性差宝石抛光，如琥珀、珊瑚、孔雀石、绿松石及水晶等。抛光剂可用氧化铬、