जैसिडा सन द्वारा
एक तराशने वाले द्वारा चुने गए हीरे के अपघर्षक से यह तय होता है कि कितना खुरदरा भाग बचेगा और अंतिम सतह कितनी उत्तम होगी। रत्न प्रयोगशालाओं और ऑप्टिकल इंजीनियरिंग के शोध से यह स्पष्ट होता है कि ऐसा क्यों होता है, और कार्यशाला की कई आदतों को मापने योग्य नियमों में बदल देता है।
परिचय
2015 में, पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में रियो टिंटो की अर्गाइल खदान से 9.17 कैरेट का बैंगनी रंग का कच्चा हीरा बरामद हुआ। अर्गाइल के कुशल पॉलिशर रिचर्ड हाउ किम काम ने इसे 2.83 कैरेट के अंडाकार हीरे में बदल दिया, जिसे जीआईए ने फैंसी डीप ग्रेइश ब्लूइश वायलेट ग्रेड दिया। पॉलिश किए गए पत्थर का वजन कच्चे हीरे के वजन का 30.9% बरकरार रहा, और व्यापारिक रिपोर्टों के अनुसार इसे तराशने में 80 घंटे से अधिक का समय लगा।
उन सभी घंटों में यह निर्णय लेना था कि कहाँ से सामग्री हटाई जाए और कहाँ छोड़ी जाए। हीरा इसका सबसे चरम उदाहरण है, क्योंकि केवल हीरा ही इसे घिस सकता है। यही प्रश्न सबसे कठोर रंगीन रत्नों पर भी लागू होता है: माणिक, नीलम या क्राइसोबेरिल पर, घर्षणकारी पदार्थ ही निर्धारित करता है कि कितना खुरदरा भाग बचेगा, पहलू कितना समतल रहेगा और अंतिम सतह कितनी चिकनी हो सकती है।
यह लेख कार्यशालाओं में प्रचलित प्रचलित ज्ञान के बजाय प्रकाशित आंकड़ों के आधार पर इस प्रश्न की पड़ताल करता है। इसका मुख्य तर्क यह है कि हीरे के अपघर्षक का सबसे महत्वपूर्ण गुण उसके कणों का औसत आकार नहीं, बल्कि उसके सबसे बड़े कण होते हैं।
कठोरता कोई एक संख्या नहीं है।
मोह्स स्केल खनिजों को इस आधार पर क्रमबद्ध करता है कि खरोंचने पर वे किस खनिज को कितना कठोर बनाते हैं। यह नहीं बताता कि एक खनिज दूसरे से कितना कठोर है। धंसाव परीक्षण यह बताते हैं: नूप इंडेंटर का उपयोग करके, विंचेल ने कोरंडम की कठोरता लगभग 2,000 और हीरे की लगभग 8,000 मापी। उनके बीच का एक मोह्स स्केल अंतर लगभग चार गुना के अंतर को छुपाता है, यही कारण है कि हीरा कोरंडम के लिए व्यावहारिक अपघर्षक है।
कठोरता भी समस्या का केवल एक हिस्सा है। धातु के पहिये पर, दरार, कण संरचना और क्रिस्टल दिशा अक्सर अधिक मायने रखती हैं।
| रत्न सामग्री | मोह कठोरता | पॉलिश करने में क्या जटिलताएँ हैं? |
| कोरंडम (रूबी, नीलम) | 9 | कोई विखंडन नहीं होता, लेकिन क्रिस्टल अभिविन्यास के साथ निष्कासन दर बदलती है (नीचे देखें) |
| टोपाज़ | 8 | सही विखंडन; जीआईए का कहना है कि कटर विखंडन को टेबल से लगभग 15° के कोण पर सेट करते हैं। |
| जेड | 6 | "संतरे के छिलके" जैसी सतहें, जो ऐसे कणों के कारण बनती हैं जिनकी कठोरता दिशा के साथ बदलती रहती है। |
| Kyanite | क्रिस्टल के साथ लगभग 4.5, उसके आर-पार लगभग 6 | एकल क्रिस्टल पर कठोरता दिशा के साथ बदलती है |
कोरंडम दर्शाता है कि बिना दरार वाले पत्थर में भी तीव्र और धीमी दिशाएँ हो सकती हैं। नीलम के चार तलों के रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग अध्ययन में, काओ और उनके सहयोगियों ने C-तल (आधार तल) पर 5.93 एनएम/मिनट और R-तल पर 2.47 एनएम/मिनट की गति मापी: समान परिस्थितियों में 2.4 गुना अंतर। रटगर्स विश्वविद्यालय में किए गए एक पूर्व अध्ययन में भी C-तल नीलम पर सबसे तीव्र पॉलिशिंग गति पाई गई थी।
दोनों अध्ययनों में सिलिका या एल्यूमिना स्लरी के साथ औद्योगिक वेफर प्रक्रियाओं का उपयोग किया गया था, न कि फेसिंग लैप पर हीरे का, इसलिए उनके द्वारा निर्धारित तलों के क्रम को सीधे प्रयोगशाला में लागू नहीं किया जाना चाहिए। हालांकि, सामान्य निष्कर्ष यही है कि एक ही अपघर्षक एक पहलू को उसके पड़ोसी पहलू की तुलना में दोगुनी से अधिक तेजी से काट सकता है।
माइक्रोन ग्रेड वास्तव में क्या निर्दिष्ट करता है
डायमंड एब्रेसिव्स को दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है। मोटे कणों को ANSI B74.16 और ISO 6106 के अनुसार छलनी से छाना जाता है, और सबसे महीन छलनी ग्रेड, 325/400 मेश, लगभग 44–37 µm के बराबर होती है। इससे नीचे के कणों के लिए छलनी काम करना बंद कर देती है। इससे भी महीन "माइक्रोन" पाउडर को ANSI B74.20 के अनुसार, छलनी के अलावा अन्य विधियों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है।
इसलिए माइक्रोन ग्रेड एक वितरण है, आकार नहीं। ANSI B74.20 इसे कई सीमाओं के साथ परिभाषित करता है। 2–4 µm पाउडर के लिए वे सीमाएँ इस प्रकार हैं:
- D5 कम से कम 2.0 µm (95% कण इससे मोटे होते हैं)
- डी50 का मान 3.0 ± 0.3 µm (माध्यिका) है।
- डी95 अधिकतम 4.0 µm (95% कण इससे भी महीन होते हैं)
- D99.9 अधिकतम 9.0 µm (सबसे बड़े कणों की ऊपरी सीमा)
अंतिम पंक्ति पर ध्यान देना आवश्यक है। "3 माइक्रोन" के रूप में बेचा जाने वाला पाउडर, मानक के भीतर, उससे तीन गुना बड़े कणों को समाहित कर सकता है। अगला भाग बताता है कि ये दुर्लभ कण औसत कणों की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण क्यों हैं।
चित्र 1. एएनएसआई बी74.20 में 2-4 µm पाउडर उदाहरण के लिए प्रतिशत आवश्यकताएँ। छवि के सौजन्य से जैसिडा सन.
लगभग 400 से ऊपर के रत्न-शिला के "ग्रिट" नंबर छलनी के आकार नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, एक आपूर्तिकर्ता के चार्ट में "3000" को 4-8 µm और "8000" को 2-4 µm के बराबर बताया गया है। चूंकि ऐसे लेबल मानक नहीं बल्कि केवल परंपराएं हैं, इसलिए उत्पादों की तुलना करने के लिए माइक्रोन रेंज का उपयोग किया जाना चाहिए।
सबसे बड़ा कण सबसे अधिक महत्वपूर्ण क्यों है?
किसी भी भंगुर पदार्थ को काटने वाला हर कण उसे तोड़ देता है। दिखाई देने वाली खरोंचों के नीचे सूक्ष्म दरारों की एक परत होती है जिसे सतही क्षति कहा जाता है, और ऑप्टिकल इंजीनियर पॉलिशिंग के दौरान इसे हटाना आवश्यक मानते हैं।
उन्होंने इसकी गहराई भी मापी है। कई काँचों और पीसने की प्रक्रियाओं की समीक्षा करते हुए, लैम्ब्रोपोलोस ने प्रस्तावित किया कि क्षति की गहराई, माइक्रोमीटर में, 0.3d^0.68 और 2d^0.85 के बीच होती है, जहाँ d अपघर्षक का आकार माइक्रोमीटर में है। सामान्य रत्न-निर्माण आकारों पर लागू करने पर:
| अपघर्षक आकार | अनुमानित क्षति की गहराई, निचली से ऊपरी सीमा तक |
| 45 माइक्रोन | 4.0 से 50.8 माइक्रोन |
| 15 माइक्रोन | 1.9 से 20.0 माइक्रोन |
| 6 माइक्रोन | 1.0 से 9.2 माइक्रोन |
| 3 माइक्रोन | 0.6 से 5.1 माइक्रोन |
| 1 माइक्रोन | 0.3 से 2.0 माइक्रोन |
ये सीमाएँ ऑप्टिकल ग्लास के लिए निर्धारित की गई थीं, कोरंडम के लिए नहीं, इसलिए ये रत्न के व्यवहार की भविष्यवाणी करने के बजाय पैमाने को दर्शाती हैं। फिर भी, ये एक बात स्पष्ट करती हैं: ऊपरी सीमा कण के आकार से बड़ी होती है।
लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने तब यह जानने की कोशिश की कि कौन से कण सबसे गहरी दरारें पैदा करते हैं। पिसी हुई फ्यूज्ड सिलिका में क्षति का मापन करते हुए, सूरतवाला और उनके सहयोगियों ने पाया कि केवल कुछ ही कण सतह को तोड़ने के लिए पर्याप्त भार वहन कर सकते हैं, और ये बड़े कण होते हैं। जो कण प्रभावी रूप से दरार पैदा करते हैं, उनका आकार औसत कण आकार से लगभग दस गुना बड़ा होता है। एक संबंधित परीक्षण में, 9 µm के घोल में केवल 0.1 wt% 15 µm के कणों की मिलावट होने पर, साफ 9 µm के घोल की तुलना में और यहां तक कि पूरी तरह से 15 µm के कणों से बने घोल की तुलना में भी अधिक गहरी दरारें पड़ गईं।
मोटे दाने पदार्थ को तेजी से हटाते हैं: भंगुर लैपिंग में, अपघर्षक के आकार के साथ निष्कासन दर रैखिक रूप से बढ़ती है। गति और क्षति एक ही दाने के दो पहलू हैं।
रत्न तराशने वाले कारीगर के लिए इसका सीधा अर्थ है। कुछ बिखरे हुए मोटे दाने, जो डोप, उंगली या खराब तरीके से साफ किए गए लैप पर आ जाते हैं, पूरी बारीक कारीगरी को खराब कर सकते हैं। अच्छी तरह से पाउडर लगाकर और साफ-सफाई से काम करते हुए आकार वितरण के अंतिम छोर को नियंत्रित करना, मध्य भाग को तराशने से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।
एकक्रिस्टलीय या बहुक्रिस्टलीय?
माइक्रोन हीरे को दो मुख्य संरचनाओं में बेचा जाता है: एक क्रिस्टलीय कण, जिनमें से प्रत्येक एक एकल क्रिस्टल होता है, और बहु क्रिस्टलीय कण जो कई छोटे क्रिस्टलों से बने होते हैं। कोरंडम पर प्रत्यक्ष तुलनाएँ दुर्लभ हैं, लेकिन एक नियंत्रित परीक्षण सार्वजनिक किया गया है।
यूएस पेटेंट 8,182,562 में रिपोर्ट किए गए एक लैपिंग परीक्षण में, 2 इंच के सी-प्लेन नीलमणि वेफर्स को 4-8 µm हीरे के साथ 10 कैरेट प्रति 500 मिलीलीटर घोल की दर से मिश्रित तांबा/रेजिन प्लेट पर लैप किया गया। परिणाम:
| हीरा प्रकार (4–8 µm) | निष्कासन दर (मिलीग्राम/घंटा प्रति वेफर) | सतह की खुरदरापन, Ra (nm) |
| monocrystalline | 126 | 51.3 2.7 ± |
| Polycrystalline | 168 | 45.9 3.5 ± |
पॉलीक्रिस्टलाइन हीरे ने लगभग एक तिहाई अधिक पदार्थ हटाया और सतह को थोड़ा अधिक चिकना बना दिया। इन आंकड़ों को ध्यानपूर्वक पढ़ना आवश्यक है। ये एक ही परीक्षण के परिणाम हैं, इनकी सहकर्मी समीक्षा नहीं की गई है, और पेटेंट का उद्देश्य एक तीसरे, संशोधित हीरे को बढ़ावा देना था जो दोनों से बेहतर था। इन्हें पॉलिश से पहले के चरण में पॉलीक्रिस्टलाइन पाउडर के परीक्षण के एक कारण के रूप में समझना बेहतर है, न कि एक निश्चित रैंकिंग के रूप में।
पाउडर, पेस्ट और लैपिंग फिल्म
एक ही हीरा तीन रूपों में पत्थर तक पहुँच सकता है। प्रत्येक रूप दुष्ट कण की समस्या को अलग-अलग तरीके से संभालता है।
| प्रपत्र | हीरा कैसे रखा जाता है | बिखरे हुए मोटे दानों के परिणाम |
| खुल्ला चूर्ण | एक वाहक तरल के साथ गोद में डाला गया | अनाज कहीं भी जा सकते हैं; एक बार कोई सतह दूषित हो जाए तो उसे साफ करने तक वह दूषित ही रहती है। |
| चिपकाएँ | एक निश्चित सांद्रता पर वाहक में पूर्व-प्रकीर्णित | पाउडर के समान ही दानेदार संरचना, जिसे अधिक समान रूप से लगाया जा सकता है। |
| लैपिंग फिल्म | एक सपाट प्लेट पर रखी पतली पॉलिएस्टर परत से चिपकाया गया। | प्रत्येक कण अपनी जगह पर स्थिर है; संदिग्ध शीट को साफ करने के बजाय बदल दिया जाता है। |
व्यावसायिक लैपिंग फिल्म में 3 मिल (लगभग 76 µm) मोटी पॉलिएस्टर फिल्म पर सटीक रूप से वर्गीकृत अपघर्षक कणों की परत चढ़ी होती है। फिल्म-आधारित लैप्स पर प्रकाशित एक अध्ययन में... सीआईआरपी इतिहासइवांस और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि अपघर्षक परत नीचे की प्लेट की ज्यामिति को बदले बिना काम को घिसती या पॉलिश करती है, और यह भंगुर या तन्य दो-पिंडीय मोड में काम कर सकती है। रत्न तराशने के लिए इसके दो परिणाम निकलते हैं। पहलू की समतलता प्लेट द्वारा निर्धारित होती है, न कि इस बात से कि घिसाव को कितनी समान रूप से भरा गया था। और क्योंकि कण ढीले होने के बजाय बंधे होते हैं, वे काम की सतह पर उस तरह से नहीं फैल सकते जैसे ढीले कण फैल सकते हैं।
फिल्म की भी सीमाएं हैं। यह घिस जाती है और इसे बदलना पड़ता है, और एक सपाट प्लेट पर यह घुमावदार कैबोचोन गुंबदों की बजाय सपाट फलकों और सतहों के लिए अधिक उपयुक्त होती है। निर्माण प्रक्रिया को और करीब से देखने के इच्छुक पाठकों के लिए, यह लेख उपलब्ध है। डायमंड लैपिंग फिल्म का अवलोकन यह बताता है कि किस प्रकार वर्गीकृत हीरे को पीईटी बैकिंग पर एक रेजिन बाइंडर में रखा जाता है, और हीरे की फिल्म की तुलना पारंपरिक अपघर्षक फिल्मों से कैसे की जाती है।
साक्ष्यों पर आधारित एक अनुक्रम
उपरोक्त निष्कर्षों से एक नियोजन नियम निकलता है: प्रत्येक चरण में कम से कम पिछले चरण द्वारा छोड़ी गई क्षति को दूर किया जाना चाहिए। क्षति तालिका से ऊपरी सीमाओं को एक रूढ़िवादी मार्गदर्शक मानते हुए, पहलूदार कोरंडम के लिए एक क्रम इस प्रकार हो सकता है। यह तर्क को दर्शाता है; यह एक परीक्षित विधि नहीं है, और कांच से प्राप्त गहराईयाँ कोरंडम के लिए एक अनुमान मात्र हैं।
- 15 माइक्रोमीटर पर काटें। प्रत्येक पहलू को उसके अंतिम मिलन बिंदु से थोड़ा पहले ही रोक दें, क्योंकि नीचे की ओर क्षति लगभग 20 माइक्रोमीटर तक हो सकती है।
- 6 µm पर प्री-पॉलिश करें। ग्रेड बदलने से पहले उन 20 µm से अधिक परत को हटा दें। इस चरण में लगभग 9 µm तक की परत शेष रह जाती है।
- पहले 3 µm पर पॉलिश करें, फिर 1 µm या उससे भी महीन पर फिनिशिंग करें। प्रत्येक चरण पिछले चरण द्वारा छोड़ी गई परत को साफ करता है: लगभग 9 µm, फिर लगभग 5 µm।
15 µm से सीधे 1 µm पर क्यों न जाएं? भंगुर लैपिंग में, अपघर्षक के आकार के साथ निष्कासन दर रैखिक रूप से बढ़ती है। अन्य सभी कारक समान होने पर, 1 µm ग्रेड 20 µm क्षति परत को 15 µm ग्रेड की तुलना में लगभग पंद्रह गुना धीमी गति से हटाएगा। मध्यवर्ती ग्रेड विलासिता नहीं हैं; वे दोषरहित सतह प्राप्त करने का सबसे तेज़ मार्ग हैं।
असाधारण पत्थरों पर किसी भी अपघर्षक पदार्थ के स्पर्श से पहले एक अवरोध उत्पन्न होता है। ताराकार कोरंडम में, तारे का आकार बनाने वाली सुईनुमा संरचनाओं की तीन श्रृंखलाएँ आधार सतह के समानांतर तलों में स्थित होती हैं, अर्थात् सी-अक्ष के लंबवत। तारे को केंद्र में लाने के लिए, तराशने वाला यंत्र गुंबद के शीर्ष को सी-अक्ष पर रखता है। बाद में पॉलिश करने की किसी भी अवस्था में यहाँ हुई त्रुटि को सुधारा नहीं जा सकता।
उपचारित पत्थर नियमों को बदल देते हैं
एक भरा हुआ रत्न दो सामग्रियों को एक साथ पॉलिश करके बनाया जाता है, और भराव सामग्री शायद ही कभी अपनी मूल सामग्री की तरह व्यवहार करती है।
लेड-ग्लास से भरे रूबी में, जीआईए के शोधकर्ताओं ने पाया कि ग्लास कोरंडम की तुलना में काफी नरम होता है, इसलिए पॉलिश की गुणवत्ता में अंतर से भरी हुई दरारें दिखाई दे सकती हैं। 700 डिग्री सेल्सियस तापमान पर, जिसका गलनांक 600 से 700 डिग्री सेल्सियस के बीच होता है, ग्लास दरारों से रिसने लगा और कास्टिक पिकलिंग घोल ने इसे नष्ट कर दिया। सेटिंग परीक्षणों के दौरान फाइलिंग और पॉलिशिंग से फिलर को कोई नुकसान नहीं हुआ, हालांकि केवल कुछ ही पत्थरों का परीक्षण किया गया था।
भरा हुआ पन्ना अधिक नाजुक होता है। जीआईए द्वारा 33 भरे हुए पन्नों के एक अध्ययन में, अल्ट्रासोनिक सफाई या विलायक में भिगोने से लगभग 29 पन्नों की दिखावट में बदलाव आया। देवदार के तेल और बिना कठोर किए गए ऑप्टिकॉन अल्ट्रासोनिक स्नान में स्पष्ट रूप से परिवर्तित हो गए, जबकि सतह-कठोर और कठोर भराव सबसे टिकाऊ साबित हुए।
इससे प्रयोगशाला में एक गंभीर समस्या उत्पन्न हो जाती है। बारीक सतह को अवांछित कणों से बचाने के लिए की जाने वाली गहन सफाई ही फिलर को खराब या धुंधला कर सकती है। उपचारित पत्थरों के लिए, विभिन्न स्तरों के बीच कोमल हाथ से सफाई करना अधिक सुरक्षित विकल्प है।
निष्कर्ष
आर्गिल वायलेट ने 2.83 कैरेट का रत्न बनने की प्रक्रिया में अपना दो-तिहाई से अधिक वजन खो दिया। कठोर रंगीन पत्थरों में, अच्छे और खराब उत्पादन के बीच का अंतर हीरे के आकार से कम, बल्कि उसकी ग्रेडिंग की सटीकता और प्रत्येक चरण के अगले चरण में सुचारू रूप से आगे बढ़ने के तरीके से अधिक निर्धारित होता है।
सबूत तीन आदतों की ओर इशारा करते हैं। ग्रिट लेबल के बजाय माइक्रोन वितरण, और विशेष रूप से इसकी ऊपरी सीमा को पढ़ें। प्रत्येक चरण की योजना इस प्रकार बनाएं कि पिछले चरण की क्षति दूर हो जाए। पॉलिश खराब होने का सबसे संभावित कारण एक अकेला खुरदुरा कण ही मानें, साथ ही यह भी याद रखें कि उपचारित पत्थर ऐसी सफाई को सहन नहीं कर सकते जो पॉलिश को खराब होने से बचाती है।
के बारे में लेखक:
जैसिडा सन जैसिडा ग्रिश में सेल्स इंजीनियर हैं और उन्हें सटीक पॉलिशिंग उद्योग में पांच वर्षों का अनुभव है। ग्रिश की पॉलिशिंग सामग्रियों के ज्ञान का उपयोग करते हुए, जैसिडा अपघर्षक चयन, सामग्री प्रदर्शन और अनुप्रयोग आवश्यकताओं से संबंधित उत्पाद तकनीकी सहायता प्रदान करती हैं। इस कार्य में अंतरराष्ट्रीय ग्राहकों को विभिन्न प्रकार के सटीक फिनिशिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त सामग्री और अनुकूलित पॉलिशिंग समाधानों की पहचान करने में सहायता करना शामिल है।
