ni Jacida Sun

Ang pagpili ng diamond abrasive ng isang pamutol ang nagpapasiya kung gaano karaming magaspang ang mananatiling buhay at kung gaano kaganda ang maaaring maging huling ibabaw. Ipinaliliwanag ng pananaliksik mula sa mga laboratoryo ng hiyas at optical engineering kung bakit, at ginagawang masusukat na mga tuntunin ang ilang gawi sa pagawaan.

pagpapakilala

Noong 2015, ang minahan ng Rio Tinto sa Argyle sa Kanlurang Australia ay nakabawi ng isang 9.17-carat na violet rough. Ginawa itong 2.83-carat na oval ng dalubhasang polisher ng Argyle na binigyan ng GIA ng gradong Fancy Deep Greyish Bluish Violet. Ang pinakintab na bato ay nakapagpanatili ng 30.9% ng bigat ng rough, at ang mga ulat sa kalakalan ay nagsasabing ang oras ng pagputol ay mahigit 80 oras.

Ang bawat isa sa mga oras na iyon ay isang desisyon kung saan aalisin ang materyal at kung saan ito iiwan. Ang diyamante ang pinakamatinding kaso, dahil tanging ang diyamante lamang ang makakapagkuskos nito. Ang parehong tanong ay sumasaklaw sa pinakamatigas na kulay ng mga hiyas: sa rubi, sapiro o krisoberyl, ang abrasive ang nagpapasya kung gaano karaming magaspang ang mananatili, kung gaano kakapal ang isang facet, at kung gaano kapino ang maaaring maging pangwakas na ibabaw.

Sinusuri ng artikulong ito ang tanong na iyan gamit ang mga nailathalang datos sa halip na ang mga kaalaman mula sa mga workshop. Ang pangunahing argumento nito ay ang pinakamahalagang katangian ng isang diamond abrasive ay hindi ang karaniwang laki ng particle nito kundi ang pinakamalaking particle nito.

Ang katigasan ay hindi iisang numero

Niraranggo ng Mohs scale ang mga mineral na ginagamit sa pagkiskis ng isa. Hindi nito sinasabi kung gaano katigas ang isa kaysa sa iba. Ginagawa ito ng mga indentation test: gamit ang Knoop indenter, sinukat ni Winchell ang corundum sa humigit-kumulang 2,000 at ang diyamante sa humigit-kumulang 8,000. Ang nag-iisang Mohs step sa pagitan ng mga ito ay nagtatago ng humigit-kumulang apat na beses na puwang, kaya naman ang diyamante ang praktikal na abrasive para sa corundum.

Ang katigasan ay bahagi lamang din ng problema. Sa gulong, ang cleavage, istruktura ng butil, at direksyon ng kristal ay kadalasang mas mahalaga.

Ipinapakita ng Corundum na kahit ang isang batong walang hiwa ay may mabilis at mabagal na direksyon. Sa isang pag-aaral ng kemikal at mekanikal na pagpapakintab sa apat na sapphire plane, si Cao at mga kasamahan ay sumukat ng 5.93 nm/min sa C-plane (ang basal plane) at 2.47 nm/min sa R-plane: isang 2.4-fold na pagkakaiba sa ilalim ng magkaparehong mga kondisyon. Natuklasan din sa isang naunang pag-aaral sa Rutgers University na pinakamabilis ang pag-alis sa C-plane sapphire.

Parehong pag-aaral ang gumamit ng mga prosesong pang-industriya na wafer na may silica o alumina slurries, hindi diamond sa isang faceting lap, kaya ang kanilang ranggo ng mga plane ay hindi dapat direktang dalhin sa bench. Ang pangkalahatang aral ay nagpapatuloy: ang parehong abrasive ay maaaring pumutol ng isang facet nang higit sa dalawang beses na mas mabilis kaysa sa katabi nito.

Ang aktwal na tinutukoy ng isang micron grade

Ang mga diamond abrasive ay pinag-aaralan sa dalawang paraan. Ang mga coarse grits ay sinusukat gamit ang mga salaan sa ilalim ng ANSI B74.16 at ISO 6106, at ang pinakamahusay na grado ng salaan, 325/400 mesh, ay katumbas ng humigit-kumulang 44–37 ​​µm. Sa ibaba niyan, ang mga salaan ay humihinto sa paggana. Ang mas pinong "micron" na pulbos ay pinag-aaralan sa ilalim ng ANSI B74.20, sa pamamagitan ng mga pamamaraan maliban sa pagsala.

Samakatuwid, ang isang micron grade ay isang distribusyon, hindi isang sukat. Tinutukoy ito ng ANSI B74.20 na may ilang mga limitasyon. Para sa isang 2–4 µm na pulbos, ang mga ito ay:

• D5 kahit man lang 2.0 µm (95% ng mga partikulo ay mas magaspang)
• D50 na 3.0 ± 0.3 µm (ang median)
• D95 na may pinakamaraming sukat na 4.0 µm (95% ng mga partikulo ay mas pino)
• D99.9 nang hindi hihigit sa 9.0 µm (ang pinakamataas na limitasyon para sa pinakamalaking mga partikulo)

Ang huling linya ay nararapat bigyan ng pansin. Ang isang pulbos na ibinebenta bilang "3 micron" ay maaaring, sa loob ng pamantayan, maglaman ng mga partikulo na tatlong beses ang laki nito. Ang susunod na seksyon ay magpapaliwanag kung bakit mas mahalaga ang mga bihirang partikulo na iyon kaysa sa median.

Pigura 1. Mga kinakailangan sa porsyento para sa halimbawa ng 2–4 µm na pulbos sa ANSI B74.20. Imahe kagandahang-loob ng Jacida Sun.

Ang mga lapidary na numero ng "grit" na higit sa humigit-kumulang 400 ay hindi mga laki ng salaan. Halimbawa, ang tsart ng isang supplier ay nagtutugma sa "3000" sa 4–8 µm at ang "8000" sa 2–4 ​​µm. Dahil ang mga naturang label ay mga kombensiyon sa halip na mga pamantayan, ang saklaw ng micron ang pigurang dapat ihambing sa pagitan ng mga produkto.

Bakit pinakamahalaga ang pinakamalaking partikulo

Bawat butil na pumuputol sa isang malutong na materyal ay nabibitak din ito. Sa ilalim ng mga nakikitang gasgas ay matatagpuan ang isang patong ng maliliit na bitak na kilala bilang pinsala sa ilalim ng ibabaw, at itinuturing ng mga optical engineer na mahalaga ang pag-alis nito habang nagpapakintab.

Sinukat din nila kung gaano kalalim ang nalalampasan nito. Sa pagsusuri sa maraming salamin at proseso ng paggiling, iminungkahi ni Lambropoulos na ang lalim ng pinsala, sa micrometer, ay nasa pagitan ng 0.3d^0.68 at 2d^0.85, kung saan ang d ay ang laki ng abrasive sa micrometer. Inilapat sa mga karaniwang laki ng lapidary:

Ang mga hangganang ito ay hinango para sa optical glass, hindi sa corundum, kaya ipinapahiwatig ng mga ito ang laki sa halip na hinuhulaan ang kilos ng isang batong hiyas. Malinaw pa rin nilang binibigyang-diin ang isang punto: ang itaas na hangganan ay mas malaki kaysa sa mismong partikulo.

Pagkatapos ay tinanong ng mga mananaliksik sa Lawrence Livermore National Laboratory kung aling mga butil ang nagdudulot ng pinakamalalim na bitak. Sa pagsukat ng pinsala sa ground fused silica, natuklasan nina Suratwala at mga kasamahan na maliit na bahagi lamang ng mga butil ang nagdadala ng sapat na bigat upang mabasag ang ibabaw, at ang mga ito ang mas malalaki. Ang mga butil na epektibong nagdudulot ng bali ay humigit-kumulang sampung beses ang karaniwang laki ng particle. Sa isang kaugnay na pagsubok, ang isang 9 µm na slurry na kontaminado ng 0.1 wt% lamang ng 15 µm na mga particle ay nabasag nang mas malalim kaysa sa malinis na 9 µm na slurry, at mas malalim pa kaysa sa isang slurry na gawa lamang sa 15 µm na mga particle.

Mas mabilis ding natatanggal ng magaspang na butil ang materyal: sa malutong na pag-lapping, ang bilis ng pagtanggal ay linear na tumataas kasabay ng laki ng nakasasakit. Ang bilis at pinsala ay dalawang mukha ng iisang butil.

Para sa lapidary, ang implikasyon ay direkta. Ang ilang naligaw na magaspang na butil, na dala sa isang dop, isang daliri o isang hindi maayos na nalinis na kandungan, ay maaaring makasira sa isang buong pinong yugto. Ang pagkontrol sa buntot ng distribusyon ng laki, sa pamamagitan ng mahusay na pulbos at malinis na kasanayan, ay mas mahalaga kaysa sa pag-aahit sa median.

Monocrystalline o polycrystalline?

Ang diyamanteng micron ay ibinebenta sa dalawang pangunahing istruktura: mga monocrystalline particle, bawat isa ay isang kristal, at mga polycrystalline particle na gawa mula sa maraming mas maliliit na crystallite. Bihira ang direktang paghahambing sa corundum, ngunit may isang kontroladong pagsubok na pampubliko.

Sa isang lapping trial na iniulat sa US Patent 8,182,562, ang 2-pulgadang C-plane sapphire wafers ay inilapat sa isang composite copper/resin plate na may 4–8 µm na diyamante sa 10 carats bawat 500 ml ng slurry. Ang mga resulta:

Ang polycrystalline diamond ay nag-alis ng halos isang-katlo pang materyal at nag-iwan ng bahagyang mas makinis na ibabaw. Ang mga numerong ito ay nangangailangan ng maingat na pagbabasa. Ang mga ito ay nagmula sa isang pagsubok lamang, hindi sinuri ng mga kasamahan, at ang layunin ng patente ay itaguyod ang isang pangatlo, binagong diamante na higit pa sa pareho. Pinakamainam na basahin ang mga ito bilang isang dahilan upang subukan ang polycrystalline powder sa yugto ng pre-polish, hindi bilang isang nakapirming ranggo.

Mga pulbos, pasta at lapping film

Ang iisang diyamante ay maaaring umabot sa bato sa tatlong anyo. Bawat isa ay humahawak sa problema ng rogue-particle nang iba.

Ang komersyal na lapping film ay binubuo ng mga tiyak na gradong abrasive particle na pinahiran sa isang polyester film na 3 mil (mga 76 µm) ang kapal. Sa isang pag-aaral ng mga film-based laps na inilathala sa Mga salaysay ng CIRPIpinakita nina Evans at mga kasamahan na ang abrasive film ay kumukupas o nagpapakintab sa gawa nang hindi binabago ang geometry ng plate sa ilalim nito, at maaari itong gumana sa brittle o ductile two-body mode. Dalawang kahihinatnan ang sumusunod para sa pagputol ng hiyas. Ang pagiging patag ng isang facet ay itinatakda ng plate, hindi ng kung gaano pantay ang pagkakarga ng isang lap. At dahil ang mga butil ay nakadikit sa halip na maluwag, hindi sila maaaring gumala sa ibabaw ng pinagtatrabahuhan tulad ng magagawa ng mga maluwag na butil.

May mga limitasyon ang pelikula. Nasisira ito at dapat palitan, at sa isang patag na plato, nababagay ito sa mga patag na facet at mesa kaysa sa mga kurbadong cabochon dome. Para sa mga mambabasang gustong mas masusing tingnan ang konstruksyon, ito pangkalahatang-ideya ng pelikulang lapping ng diamante ipinapaliwanag kung paano inilalagay ang gradong diyamante sa isang resin binder na nasa PET backing, at kung paano inihahambing ang diamond film sa mga kumbensyonal na abrasive film.

Isang pagkakasunod-sunod na nakabatay sa ebidensya

Ang mga natuklasan sa itaas ay nababawasan sa isang tuntunin sa pagpaplano: dapat alisin ng bawat yugto ang kahit man lang pinsalang iniwan ng yugto bago ito. Kung kukunin ang mga nasa itaas na hangganan mula sa talahanayan ng pinsala bilang isang konserbatibong gabay, ang isang pagkakasunod-sunod para sa faceted corundum ay maaaring tumakbo tulad ng sumusunod. Inilalarawan nito ang lohika; hindi ito isang nasubukang recipe, at ang mga lalim na nagmula sa salamin ay isang palagay para sa corundum.

1. Gupitin sa 15 µm. Itigil ang bawat facet nang bahagya bago ang huling pagtama nito, dahil ang pinsala sa ilalim ay maaaring umabot ng humigit-kumulang 20 µm.
2. Paunang polish sa 6 µm. Alisin ang higit sa 20 µm bago magpalit ng grado. Ang yugtong ito ay nag-iiwan ng hanggang 9 µm na natitira.
3. Pakintab sa 3 µm, pagkatapos ay tapusin sa 1 µm o mas pino pa. Nililinis ng bawat hakbang ang patong na naiwan ng nauna: mga 9 µm, pagkatapos ay mga 5 µm.

Bakit hindi diretsong tumalon mula 15 µm patungong 1 µm? Sa brittle lapping, ang bilis ng pag-alis ay linear na naaayon sa laki ng abrasive. Kung pantay-pantay, ang 1 µm na grado ay makakapag-alis ng 20 µm na damage layer nang halos labinlimang beses na mas mabagal kaysa sa pag-alis ng stock ng 15 µm na grado. Ang mga intermediate na grado ay hindi isang luho; ang mga ito ang pinakamabilis na ruta patungo sa isang walang kamali-mali na ibabaw.

Ang mga kahanga-hangang bato ay nagdaragdag ng limitasyon bago pa man ito madikitan ng anumang abrasive. Sa star corundum, ang tatlong serye ng mga karayom ​​na bumubuo sa bituin ay nasa mga patag na parallel sa basal face, ibig sabihin, patayo sa c-axis. Upang maisentro ang bituin, inilalagay ng pamutol ang tuktok ng simboryo sa c-axis. Walang susunod na yugto ng pagpapakintab ang makakapagtama ng pagkakamaling nagawa rito.

Binabago ng mga ginamot na bato ang mga patakaran

Ang isang puno na batong hiyas ay dalawang materyales na pinakintab nang sabay-sabay, at ang tagapuno ay bihirang kumilos na katulad ng punong-puno nito.

Sa ruby ​​na puno ng lead-glass, natuklasan ng mga mananaliksik ng GIA na ang salamin ay mas malambot nang malaki kaysa sa corundum, kaya ang mga pagkakaiba sa kalidad ng pagpapakintab ay maaaring magbunyag ng mga napunong bitak. Ang salamin ay nagsimulang magpawis mula sa mga bitak sa 700 °C, na may melting point sa pagitan ng 600 at 700 °C, at inukit ito ng caustic pickling solution. Ang pag-file at pagpapakintab habang sinusubukan ang setting ay hindi nagdulot ng pinsala sa filler, bagama't ilang bato lamang ang sinubukan.

Mas pino ang mga puno ng esmeralda. Sa isang pag-aaral ng GIA sa 33 puno ng esmeralda, ang ultrasonic cleaning o pagbabad sa mga solvent ay nagpabago sa hitsura ng humigit-kumulang 29. Ang langis ng cedarwood at hindi pinatigas na Opticon ay malinaw na nagbago sa ultrasonic bath, habang ang mga pinatigas sa ibabaw at matigas na mga filler ang napatunayang pinakamatibay.

Lumilikha ito ng tunay na tunggalian sa bench. Ang masusing paglilinis na nagpoprotekta sa isang pinong stage mula sa mga particle na hindi kanais-nais ang siyang maaaring magtanggal o magpalabo sa isang filler. Para sa mga ginamot na bato, ang banayad na manu-manong paglilinis sa pagitan ng mga grado ang mas ligtas na kompromiso.

Konklusyon

Ang Argyle Violet ay nawalan ng mahigit dalawang-katlo ng bigat nito patungo sa pagiging isang hiyas na may bigat na 2.83-carat. Sa mga batong may matigas na kulay, ang pagkakaiba sa pagitan ng magandang ani at mababang ani ay hindi gaanong naitatakda ng mismong diyamante kundi ng kung gaano ito katumpak na na-grado at kung gaano kalinis ang bawat yugto na naipapasa sa susunod.

Ang ebidensya ay tumutukoy sa tatlong gawi. Basahin ang distribusyon ng micron, at lalo na ang pinakamataas na limitasyon nito, sa halip na ang grit label. Planuhin ang bawat yugto upang maalis ang pinsala ng nauna. Ituring ang isang naligaw na magaspang na butil bilang ang malamang na sanhi ng sirang polish, habang alalahanin na ang mga ginamot na bato ay maaaring hindi tiisin ang paglilinis na pumipigil dito.

Tungkol sa May-akda:

Jacida Sun ay isang Sales Engineer sa Grish na may limang taong karanasan sa industriya ng precision polishing. Gamit ang kaalaman sa mga materyales sa pagpapakintab ng Grish, ang Jacida ay nagbibigay ng teknikal na suporta na may kaugnayan sa produkto sa pagpili ng abrasive, pagganap ng materyal, at mga kinakailangan sa aplikasyon. Kasama sa gawaing ito ang pagtulong sa mga internasyonal na customer na matukoy ang mga angkop na materyales at mga solusyon sa pagpapakintab na iniayon para sa iba't ibang aplikasyon ng precision finishing.