鑽石切割,自己的美顏
2021-02-07 中科院半導體所
這個選題真的是好久了，兩年前就琢磨上了，一直到最近才想到了一個好的角度可以寫！
簡而言之，鑽石切割就是「怎麼切得讓鑽石更璀璨」...
我們說的璀璨，主要就是說火彩、亮度和閃光的相互配合。「火彩」是說白光進入鑽石後被折射析出七色光；「亮度」指的是白光進，白光出的折射和白光在鑽石刻面的反射；「閃光」就是一顆鑽石閃爍的總次數了。看下圖，鑽石切割的角度（不是大小），對光的折射和反射有直接的影響。
晶體結構
來看下鑽石的「正八面體晶體結構」，鑽石這個只有碳元素組成的晶體，是世界上已知最堅硬的天然物質，這個「最」它真不違反廣告法，是客觀事實...各色鑽石
常說的鑽石是透明無色的，也被叫做「白鑽」，是純粹的碳元素集合。但大多數時候碳（C）元素裡都會混進氮（N）元素，然後會使整體色澤偏淡黃，所以鑽石的顏色（Colour）也就成了一個評價維度，越黃也就是分級字母越靠近 Z ，也就越不值錢。
至於彩鑽的話，如果鑽石混進了硼（B）元素，就會呈淡藍色，這就是「藍鑽」；如果是鑽石的晶格有位移，就會變成「粉鑽」；還有的鑽石受了長期輻射後，會產生其他顏色變異，比如綠色啥的。物以稀為貴，顏色越罕見，就越貴得離譜。
值得一提的是「血鑽」，並不是指的鑽石鮮紅如血，而是代表了開採背後的流血衝突。由於鑽石的高價值，在全世界各地引發的搶奪和內戰數不勝數，10 多年前小李子有部（衝奧失敗的）電影《血鑽》，就是以此背景講的非洲沾滿血的鑽石開採。
切工歷史
不管你看過哪一本《鑽石大全》，下面這張鑽石切型歷史圖多少都見過一些，我就給漢化了一下...像馬沙林式，是以發明出有 17 個冠部刻面和 17 個亭部刻面的法國紅衣主教馬沙林的名字命名的；佩魯齊式，是以發明出有 33 個冠部數量和 25 個亭底刻面的威尼斯拋光師的名字命名的；而 18 世紀初的老歐式，這就很接近我們現在普遍見到的明亮式切割的前身了。
到 1919 年，鑽石切割發生了革命性的創新，比利時數學家陶可斯基（Tolkowsky）提出了「理想切割比例」，能讓鑽石的白光和散發出的火彩更平衡，並不只是讓光在鑽石中折射後更炫目。在此基礎上，經過了後人幾十年的不斷調整優化，才有了現代的鑽石切型比例，也就是下圖的明亮式圓鑽切割（Madern round brilliant cut），廣告裡一般展現的就是這種鑽石了。
原石分析
鑽石的原石一般被叫做金剛石，並不像黃金礦工裡這樣，一拿到手就是璀璨奪目的一顆明亮式切割...一顆原石被切割成鑽石之前是需要分析的。根據石頭的形狀大小以及內部缺陷，考慮很多不同的分離組合，以實現鑽石商的利益最大化。過去技師只能憑藉多年的操作經驗，現在則方便多了，在掃描儀和顯微鏡配合下，把原石掃進電腦裡再建模，像下圖的紫色和綠色就是不同切割方案的選取。
用顯微鏡的話，能看到原石放大後的瑕疵，比如下圖的羽裂紋。如果再配合上 3D 建模，就能更清晰的看到這幾條羽裂紋對整體切割方案的影響。
原石分切
原石的分切技術主要分三種：劈切、鋸切，以及雷射切。
劈切分離
最原始的就是劈切了，有經驗的技師會根據原石的天然紋理，找到合適的角度去解離，這就是晶格生長的解離面了。很好，我的材料學沒有都還給老師...
先用鑽石在鑽石表面劃刻出一個凹槽來，也就是...只有我自己才能傷害我自己。然後拿工具猛地敲砸一下，原石就裂開成更小的了。這也是最考究經驗和最可能毀掉原石的方式，沒辦法，當年還沒有什麼先進的生產力工具...這技術也實在太老了，早就沒人用了，我實在找不著實物圖，我的手繪大家能看懂的吧...紅線是鑽石自刎的凹槽...
鋸切分離
然後是在過去常見的鋸切法，鋸盤的邊緣是被附著了金剛石粉的，這樣才能達到比要鋸切的鑽石更高的硬度去分切。至於你說金剛石粉哪裡來？一開始確實是天然的鑽石顆粒，等到了 1955 年能通過高溫高壓的方法製成極其細小的人造金剛石顆粒後，就逐漸替代了天然的作工業用途，畢竟便宜了不是一點半點。
雷射分切
最後就是現代的雷射切割了。也是目前最普遍的分切方式。雷射切割的時候會產生大量熱量，所以要一直用水持續降溫。
雷射切割的好處就是切面極為平整，而且消耗非常的小，極其小，你想 1 克拉就只有 0.2 克，怎麼樣的節省消耗都不為過。至於下面的原石，就是那個被拍賣了 6300 萬美元的「星座」（The Constellation Diamond）， 813 克拉 = 162.6 克，三枚雞蛋那麼重...
打磨夾具
把原石分切成小塊後，就需要打磨成鑽石了。鑽石加工最多的時間都花在了設計和調整鑽石刻面角度上。
在開始打磨刻面之前，要先認識一下這個自帶水平儀的鑽石夾具，只要有一個面的角度沒達到設計預期，就算是失敗了。而一顆明亮型的鑽石有 57 或是 58 個面（把亭部的底下尖角也磨出一個面來），所以任務真的很艱巨...
配套使用的鑽石磨盤雖說是磨具，但因為上面塗覆的金剛石粉末非常非常精細，以人手指頭的觸感來說只能感覺到光滑。
打磨階段
打磨的時候，每磨一小下就要拿起鑽石查看磨切面，以及檢查刻面度數，多次重複。每一次耗損，都是金錢在流逝...至於腰部的打磨，只是夾持鑽石的夾具不同，方法都一樣的。在這之後還要經過拋光和最後的鑽石刻面角度檢測，一顆鑽石就完成了製造。鑽石雖然堅硬，但若是將兩顆鑽石放在一起是會互相刮花的，所以存放也是要單獨收到小盒子裡的。
鑽石硬脆
講起這個鑽石的「最硬」，實在是我們好像下意識就會覺得「硬的東西就代表牢固」...其實機械上的定義硬度是說「材料抵抗更硬物壓入其表面的能力」。下圖是我們測維氏硬度的檢測儀器，就是壓，然後看壓痕的形變，測出來一個數值，代表的就是硬度值了。至於鑽石的硬脆，先回憶我們在《削肉如泥，但一砍就脆的陶瓷刀是怎麼做出來的？》用氧化鋯做成的陶瓷刀。鑽石也是如此，實際上你用錘子猛砸，真能讓它四分五裂...更不用說早就有人拿液壓機給鑽石使力了...
鑽石怕燒？
鑽石的成分是碳，所以是怕高溫的，有人家裡不幸發生火災，持續燃燒後的溫度能達到 1000+ ℃，這之後，不是因為火災現場亂才找不到鑽石，而是鑽石真被燒成了二氧化碳，也就是給燒沒了。校對：Cast + 江小喪
截圖：陽哥
文中 Gif 截取自 YouTube 博主 Hydraulic Press VS 的《Diamond vs Hydraulic Press - Real is rare》、Armyless 的《Do Diamonds Burn?》、張凱昕 的《材料機械性質-維氏硬度》、Samara James 的《What is 'diamond cut'?》、Official GIA Channel 的《Helium M Box》、Synova 的《The Constellation Diamond cut with Synova’s DCS 300》、Chris Anadiotis 的《The Art Of Diamond Cutting》、Periodic Videos 的《Polishing a Pink Mega Diamond - Periodic Table of Videos》、李承倫作者的圖書《鑽石大全》、CathyPaul Diamond 的《鑽石的火彩》、以及 Gemological Institute of America (GIA) 的官方網站
編輯：拓跋猴兒
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