Por Jacida Sun

La elección del abrasivo de diamante por parte del tallador determina la cantidad de material en bruto que se conserva y la calidad del acabado final. Investigaciones realizadas en laboratorios de gemología e ingeniería óptica explican el porqué y convierten varios hábitos de taller en reglas medibles.

Introducción

En 2015, la mina Argyle de Rio Tinto en Australia Occidental recuperó un diamante violeta en bruto de 9.17 quilates. El maestro pulidor de Argyle, Richard How Kim Kam, lo transformó en un óvalo de 2.83 quilates que el GIA calificó como Fancy Deep Greyish Blueish Violet. La piedra pulida conservó el 30.9 % del peso del diamante en bruto, y los informes del sector indican que el proceso de tallado duró más de 80 horas.

Cada una de esas horas consistía en decidir dónde eliminar material y dónde dejarlo. El diamante es el caso extremo, porque solo el diamante puede desgastarlo. La misma cuestión rige las gemas de color más duras: en el rubí, el zafiro o el crisoberilo, el abrasivo determina cuánto material en bruto sobrevive, cuán plana se mantiene una faceta y cuán fina puede ser la superficie final.

Este artículo examina esa cuestión con datos publicados, en lugar de basarse en la sabiduría popular de los talleres. Su argumento central es que la propiedad más importante de un abrasivo de diamante no es el tamaño promedio de sus partículas, sino el tamaño de sus partículas más grandes.

La dureza no es un solo número.

La escala de Mohs clasifica los minerales según su dureza al rayarlos. No indica cuánto más duros son unos que otros. Las pruebas de indentación sí lo hacen: con un indentador Knoop, Winchell midió la dureza del corindón en aproximadamente 2,000 y la del diamante en aproximadamente 8,000. El único punto de la escala de Mohs que los separa oculta una diferencia de aproximadamente cuatro veces, razón por la cual el diamante es el abrasivo más práctico para el corindón.

La dureza es solo una parte del problema. En el proceso de torneado, la exfoliación, la estructura del grano y la dirección de los cristales suelen ser más importantes.

El corindón demuestra que incluso una piedra sin exfoliación presenta direcciones de pulido rápidas y lentas. En un estudio de pulido químico-mecánico de cuatro planos de zafiro, Cao y sus colegas midieron 5.93 nm/min en el plano C (el plano basal) y 2.47 nm/min en el plano R: una diferencia de 2.4 veces en condiciones idénticas. Un estudio anterior de la Universidad de Rutgers también halló que la eliminación de material era más rápida en el plano C del zafiro.

Ambos estudios utilizaron procesos industriales de obleas con suspensiones de sílice o alúmina, no diamante en una pulidora de facetas, por lo que su clasificación de planos no debe extrapolarse directamente al laboratorio. La conclusión general es la misma: el mismo abrasivo puede cortar una faceta más del doble de rápido que la contigua.

Qué especifica realmente un grado en micras

Los abrasivos de diamante se clasifican en dos rangos. Los granos gruesos se clasifican mediante tamices según las normas ANSI B74.16 e ISO 6106, y el tamaño de tamiz más fino, 325/400 mesh, corresponde a aproximadamente 44–37 ​​µm. Por debajo de este valor, los tamices dejan de ser efectivos. Los polvos más finos, del orden de las micras, se clasifican según la norma ANSI B74.20, mediante métodos distintos al tamizado.

Por lo tanto, un grado micrométrico es una distribución, no un tamaño. La norma ANSI B74.20 lo define con varios límites. Para un polvo de 2 a 4 µm, estos son:

• D5 al menos 2.0 µm (el 95 % de las partículas son más gruesas)
• D50 de 3.0 ± 0.3 µm (la mediana)
• D95 como máximo 4.0 µm (el 95 % de las partículas son más finas)
• D99.9 como máximo 9.0 µm (el límite superior para las partículas más grandes)

La última frase merece atención. Un polvo que se vende como de “3 micras” puede contener, dentro del estándar, partículas tres veces más grandes. La siguiente sección explica por qué esas partículas raras son más importantes que la media.

Figura 1. Requisitos de percentiles para el ejemplo de polvo de 2–4 µm en ANSI B74.20. Imagen cortesía de Jacida Sun.

Los números de grano en lapidaria superiores a 400 no corresponden a tamaños de tamiz. Por ejemplo, la tabla de un proveedor equipara "3000" con 4–8 µm y "8000" con 2–4 µm. Dado que estas etiquetas son convenciones y no estándares, el rango de micras es la cifra que se debe comparar entre productos.

Por qué la partícula más grande es la que más importa

Cada grano que corta un material quebradizo también lo agrieta. Debajo de los arañazos visibles se esconde una capa de microfisuras conocida como daño subsuperficial, y los ingenieros ópticos consideran esencial eliminarla durante el pulido.

También han medido la profundidad. Tras revisar numerosos vidrios y procesos de pulido, Lambropoulos propuso que la profundidad del daño, en micrómetros, se encuentra entre 0.3d^0.68 y 2d^0.85, donde d es el tamaño del abrasivo en micrómetros. Aplicado a tamaños lapidarios comunes:

Estos límites se derivaron para el vidrio óptico, no para el corindón, por lo que indican la escala en lugar de predecir el comportamiento de una gema. Sin embargo, dejan algo claro: el límite superior es mayor que la partícula misma.

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore se preguntaron qué granos causaban las grietas más profundas. Al medir el daño en sílice fundida molida, Suratwala y sus colegas descubrieron que solo una pequeña fracción de los granos soporta la carga suficiente para fracturar la superficie, y que estos son los de mayor tamaño. Los granos que efectivamente causan la fractura tenían un tamaño aproximadamente diez veces mayor que el tamaño medio de las partículas. En una prueba relacionada, una suspensión de 9 µm contaminada con solo un 0.1 % en peso de partículas de 15 µm se agrietó más profundamente que la suspensión limpia de 9 µm, e incluso más profundamente que una suspensión compuesta enteramente de partículas de 15 µm.

Los granos gruesos también eliminan material más rápidamente: en el lapeado frágil, la tasa de eliminación aumenta linealmente con el tamaño del abrasivo. La velocidad y el daño son dos caras de la misma moneda.

Para el lapidario, la implicación es directa. Unos pocos granos gruesos sueltos, transportados en una cuchara, un dedo o una superficie de trabajo mal limpia, pueden arruinar toda una etapa de pulido fino. Controlar la cola de la distribución de tamaños, mediante un buen polvo y una práctica limpia, es más importante que recortar la mediana.

¿Monocristalino o policristalino?

El diamante micronizado se comercializa en dos estructuras principales: partículas monocristalinas, cada una un cristal individual, y partículas policristalinas formadas por muchos cristalitos más pequeños. Las comparaciones directas con el corindón son escasas, pero existe un ensayo controlado público.

En un ensayo de pulido descrito en la patente estadounidense 8,182,562, se pulieron obleas de zafiro de plano C de 2 pulgadas sobre una placa compuesta de cobre/resina con diamante de 4 a 8 µm a razón de 10 quilates por 500 ml de suspensión. Los resultados fueron los siguientes:

El diamante policristalino eliminó aproximadamente un tercio más de material y dejó una superficie ligeramente más lisa. Es importante interpretar estas cifras con atención. Provienen de una sola prueba, no fueron sometidas a revisión por pares y el propósito de la patente era promover un tercer diamante modificado que superaba a ambos. Se recomienda considerarlas como una razón para probar el polvo policristalino en la etapa previa al pulido, no como una clasificación definitiva.

Polvos, pastas y película de pulido

El mismo diamante puede llegar a la piedra de tres formas diferentes. Cada una aborda el problema de las partículas errantes de manera distinta.

La película de pulido comercial consiste en partículas abrasivas graduadas con precisión recubiertas sobre una película de poliéster de 3 mil (aproximadamente 76 µm) de espesor. En un estudio de pulidos basados ​​en películas publicado en Anales del CIRPEvans y sus colegas demostraron que la película abrasiva pule la pieza sin alterar la geometría de la placa subyacente, y que puede operar en modo de dos cuerpos, ya sea frágil o dúctil. Esto tiene dos consecuencias para el tallado de gemas. La planitud de una faceta viene determinada por la placa, no por la uniformidad de la carga aplicada al pulidor. Además, dado que los granos están unidos en lugar de sueltos, no pueden desplazarse por la superficie de trabajo como lo harían los granos sueltos.

La película tiene sus limitaciones. Se desgasta y debe reemplazarse, y en una placa plana se adapta mejor a facetas y mesas planas que a cúpulas de cabujón curvas. Para los lectores que deseen observar más de cerca la construcción, este Descripción general de la película de pulido de diamante Explica cómo se sujeta el diamante graduado en un aglutinante de resina sobre un soporte de PET, y cómo se compara la película de diamante con las películas abrasivas convencionales.

Una secuencia construida sobre evidencia

Los hallazgos anteriores se resumen en una regla de planificación: cada etapa debe eliminar al menos el daño causado por la etapa anterior. Tomando como referencia los límites superiores de la tabla de daños, una secuencia para el corindón facetado podría ser la siguiente. Esto ilustra la lógica; no se trata de una receta probada, y las profundidades derivadas del vidrio son una suposición para el corindón.

1. Cortar a 15 µm. Detén cada faceta un poco antes de sus uniones finales, ya que el daño subyacente puede alcanzar aproximadamente 20 µm.
2. Pulido previo a 6 µm. Elimine más de esos 20 µm antes de cambiar de grado. Esta etapa deja hasta aproximadamente 9 µm de material propio.
3. Pulir a 3 µm y luego terminar a 1 µm o más fino. Cada paso elimina la capa que dejó el anterior: unos 9 µm, y luego unos 5 µm.

¿Por qué no pasar directamente de 15 µm a 1 µm? En el lapeado de materiales frágiles, la tasa de remoción aumenta linealmente con el tamaño del abrasivo. En igualdad de condiciones, un abrasivo de 1 µm eliminaría la capa dañada de 20 µm aproximadamente quince veces más lentamente que un abrasivo de 15 µm. Los abrasivos intermedios no son un lujo; son la vía más rápida para obtener una superficie impecable.

Las piedras fenomenales imponen una restricción antes de que cualquier abrasivo las toque. En el corindón estrellado, las tres series de inclusiones aciculares que forman la estrella se encuentran en planos paralelos a la cara basal, es decir, perpendiculares al eje c. Para centrar la estrella, el tallador coloca el vértice de la cúpula sobre el eje c. Ningún pulido posterior puede corregir un error cometido en este punto.

Las piedras tratadas cambian las reglas.

Una gema rellena está compuesta por dos materiales pulidos a la vez, y el material de relleno rara vez se comporta como el material que lo contiene.

En el rubí relleno de vidrio de plomo, los investigadores del GIA descubrieron que el vidrio era significativamente más blando que el corindón, por lo que las diferencias en la calidad del pulido pueden revelar fracturas rellenas. El vidrio comenzó a desprenderse de las fracturas a 700 °C, con un punto de fusión entre 600 y 700 °C, y la solución decapante cáustica lo corroía. El limado y el pulido durante las pruebas de engaste no causaron daños al relleno, aunque solo se analizaron unas pocas piedras.

Las esmeraldas rellenas son más delicadas. En un estudio del GIA sobre 33 esmeraldas rellenas, la limpieza ultrasónica o la inmersión en disolventes alteraron la apariencia de aproximadamente 29. El aceite de cedro y el Opticon sin endurecer se modificaron notablemente en el baño ultrasónico, mientras que los rellenos endurecidos superficialmente y los rellenos duros demostraron ser los más duraderos.

Esto genera un verdadero conflicto en el taller. La limpieza minuciosa que protege una capa fina de partículas extrañas es precisamente lo que puede dañar o empañar un relleno. Para piedras tratadas, la limpieza manual suave entre capas es la solución más segura.

Conclusión

El diamante Argyle Violet perdió más de dos tercios de su peso en el proceso de convertirse en una gema de 2.83 quilates. En las piedras de color duras, la diferencia entre un buen resultado y uno malo depende menos del diamante en sí que de la precisión de su clasificación y de la correcta transición entre cada etapa.

La evidencia apunta a tres hábitos. Lea la distribución de micras, y especialmente su límite superior, en lugar de la etiqueta del grano. Planifique cada etapa para corregir el daño de la anterior. Considere un solo grano grueso suelto como la causa más probable de un pulido arruinado, teniendo en cuenta que las piedras tratadas pueden no tolerar la limpieza que lo impide.

Sobre la autora:

Jacida Sun Jacida es ingeniera de ventas en Grish y cuenta con cinco años de experiencia en el sector del pulido de precisión. Gracias a su conocimiento de los materiales de pulido de Grish, Jacida ofrece asistencia técnica sobre la selección de abrasivos, el rendimiento de los materiales y los requisitos de aplicación. Su trabajo incluye ayudar a clientes internacionales a identificar los materiales adecuados y las soluciones de pulido personalizadas para diversas aplicaciones de acabado de precisión.