鑽石切割:只有我自己,才能切割和打磨我自己!

2021-01-15 中科院物理所

這個選題真的是好久了,一直到最近小編靈光乍現,想到了一個特別有趣的主題!

簡而言之,鑽石切割就是「怎麼切得讓鑽石更璀璨」,更閃瞎眼...忍不住又要開始唱:鑽石、鑽石、亮晶晶,好像天上摘下的星...

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。但是!如果很黃的話,反而變成了黃鑽貴族,就可以任意打扮 QQ 空間了...啊,不是,是又要從新的顏色角度去重新評估黃鑽的價值了。

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...

咱也不是滅霸...拿到一塊原石捏碎了就獲得寶石直接戴手上...

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。

當然雷射並不是只走一次,原石就一分為二了...需要在同一個地方多次的走刀。我們換個角度看一下,為了更好地分離,也能看到鑽石本身也是在做圓周運動旋轉的。

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...這種級別的鑽石出現在《名偵探柯南》裡,肯定是需要死一打人的劇場版(糟糕,是心動的感覺)。

細心的小可愛會注意到這裡掉落下來的小切離面是黑色的,因為雷射產生的高溫把金剛石碳的結構變成了——石墨,這裡的黑色一層就是石墨了,之後反正會打磨掉的。

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

打磨就是鑽石和鑽石互毆的過程了...

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...

這就是你從放大鏡中會看到的鑽石表面。

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。

還沒完!還要再講下有關鑽石的兩個屬性的疑問~

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,死命壓,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,這屬性值就跟打地鼠一樣,管得住這頭管不住那頭,硬帶來的就是脆。鑽石也是如此,實際上你用錘子猛砸,真能讓它腦門兒開花,分分秒淚流滿面...更不用說早就有人拿液壓機給鑽石開過瓢了...

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...小時候看《十分鐘破案(或者一分鐘破案)》時,有個小故事是講笨賊拿高溫槍燒裝著鑽石的保險柜,結果打開保險柜後發現鑽石不見了...

然後我知道有小可愛可能要按耐不住心中冉冉升起的小惡魔了...是不是想燒燒看(人工鑽石)?可別,拿噴槍去燒鑽石,就很容易發生爆裂事故,看下圖就是直接把鏡頭給崩碎了。請大家千萬不要模仿此類實驗,很危險的!

況且,萬一燒出個真相大白:假如是你爸送你媽的假鑽石,不管怎樣,你的下場肯定會很悽涼...現在世界上最大的人工鑽石製造國就是中國了...而且做工非常好...

至於買鑽石智商稅不稅的,我覺得吧,有需求就有供給,再加上物以稀為貴,有錢人的世界就是這麼樸實無華...我就是看看,連摸都不會摸...

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

來源:有趣的製造

編輯:GUOmazing

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