Jacida Sun tarafından

Kesimcinin elmas aşındırıcı seçimi, ne kadar ham taşın kalacağını ve nihai yüzeyin ne kadar iyi olacağını belirler. Mücevher laboratuvarlarından ve optik mühendisliğinden yapılan araştırmalar bunun nedenini açıklıyor ve çeşitli atölye alışkanlıklarını ölçülebilir kurallara dönüştürüyor.

Giriş

2015 yılında, Rio Tinto'nun Batı Avustralya'daki Argyle madeninden 9.17 karatlık mor bir ham taş çıkarıldı. Argyle'ın usta parlatıcısı Richard How Kim Kam, bu taşı 2.83 karatlık oval bir taşa dönüştürdü ve GIA tarafından "Fancy Deep Greyish Bluish Violet" (Derin Gri Mavimsi Mor) olarak sınıflandırıldı. Parlatılmış taş, ham taşın ağırlığının %30.9'unu korudu ve ticari raporlara göre kesim süresi 80 saati aştı.

O saatlerin her biri, malzemenin nereden çıkarılacağına ve nerede bırakılacağına dair bir karardı. Elmas en uç örnektir, çünkü sadece elmas onu aşındırabilir. Aynı soru en sert renkli değerli taşlar için de geçerlidir: yakut, safir veya krizoberilde, aşındırıcı madde ne kadar ham maddenin kalacağına, bir yüzeyin ne kadar düz kalacağına ve son yüzeyin ne kadar ince olabileceğine karar verir.

Bu makale, atölye bilgilerinden ziyade yayınlanmış verilerle bu soruyu inceliyor. Temel argümanı, elmas aşındırıcının en önemli özelliğinin ortalama parçacık boyutu değil, en büyük parçacıkları olduğudur.

Sertlik tek bir sayı değildir.

Mohs ölçeği, mineralleri hangisinin hangisini çizdiğine göre sıralar. Birinin diğerinden ne kadar daha sert olduğunu söylemez. Girinti testleri ise söyler: Winchell, Knoop girinti ucuyla korundumu yaklaşık 2,000, elması ise yaklaşık 8,000 olarak ölçmüştür. Aralarındaki tek Mohs basamağı, yaklaşık dört katlık bir farkı gizler; bu nedenle elmas, korundum için pratik bir aşındırıcıdır.

Sertlik de sorunun sadece bir parçası. Çömlekçi çarkında, kırılma, tane yapısı ve kristal yönü genellikle daha büyük önem taşır.

Korundum, yarılma özelliği olmayan bir taşın bile hızlı ve yavaş yönlere sahip olduğunu gösteriyor. Cao ve meslektaşları, dört safir düzleminin kimyasal mekanik parlatma çalışmasında, C düzleminde (taban düzlemi) 5.93 nm/dk ve R düzleminde 2.47 nm/dk ölçtüler: aynı koşullar altında 2.4 katlık bir fark. Rutgers Üniversitesi'nde yapılan daha önceki bir çalışma da, aşındırmanın en hızlı şekilde C düzlemi safirde gerçekleştiğini bulmuştur.

Her iki çalışmada da elmasla yapılan kesme işlemi yerine silika veya alümina bulamaçları içeren endüstriyel gofret işlemleri kullanılmıştır; bu nedenle düzlemlerin sıralaması doğrudan laboratuvar ortamına aktarılamaz. Ancak genel ders geçerlidir: aynı aşındırıcı, bir yüzeyi komşusuna göre iki katından daha hızlı kesebilir.

Mikron derecesinin aslında neyi belirttiği

Elmas aşındırıcılar iki sınıflandırma rejimine göre sınıflandırılır. Kaba taneler ANSI B74.16 ve ISO 6106 standartlarına göre eleklerle boyutlandırılır ve en ince elek sınıfı olan 325/400 mesh yaklaşık 44–37 ​​µm'ye karşılık gelir. Bunun altında elekler işlevini yitirir. Daha ince "mikron" tozlar ise ANSI B74.20 standardına göre eleme dışındaki yöntemlerle sınıflandırılır.

Dolayısıyla mikron derecesi bir boyut değil, bir dağılımdır. ANSI B74.20 bunu çeşitli sınırlar ile tanımlar. 2–4 µm'lik bir toz için bu sınırlar şunlardır:

• D5 en az 2.0 µm (parçacıkların %95'i daha iridir)
• D50 değeri 3.0 ± 0.3 µm (medyan)
• D95 en fazla 4.0 µm'dir (parçacıkların %95'i daha incedir).
• D99.9 en fazla 9.0 µm (en büyük parçacıklar için üst sınır)

Son satır dikkat çekmeyi hak ediyor. "3 mikron" olarak satılan bir toz, standart dahilinde, bu boyutun üç katı büyüklüğünde parçacıklar içerebilir. Sonraki bölümde, bu nadir parçacıkların ortalamadan neden daha önemli olduğu açıklanmaktadır.

Yaklaşık 400'ün üzerindeki taşlama "tane" numaraları elek boyutlarını göstermez. Örneğin, bir tedarikçinin tablosunda "3000" 4-8 µm, "8000" ise 2-4 µm ile eşdeğerdir. Bu tür etiketler standartlardan ziyade gelenekler olduğundan, ürünler arasında karşılaştırma yapmak için mikron aralığı kullanılır.

En büyük parçacığın neden en önemli olduğu

Kırılgan bir malzemeyi kesen her bir tanecik aynı zamanda onu çatlatır. Görünür çiziklerin altında, yüzey altı hasarı olarak bilinen bir mikro çatlak tabakası bulunur ve optik mühendisleri, parlatma sırasında bunun giderilmesini hayati önemde görürler.

Ayrıca hasarın ne kadar derine indiğini de ölçtüler. Birçok cam ve taşlama işlemini inceleyen Lambropoulos, hasar derinliğinin mikrometre cinsinden 0.3d^0.68 ile 2d^0.85 arasında olduğunu öne sürdü; burada d, aşındırıcının mikrometre cinsinden boyutudur. Yaygın taşlama boyutlarına uygulandığında:

Bu sınırlar korundum için değil, optik cam için türetilmiştir; bu nedenle bir değerli taşın davranışını tahmin etmekten ziyade ölçeği gösterirler. Yine de tek bir noktayı açıkça ortaya koyuyorlar: üst sınır, parçacığın kendisinden daha büyüktür.

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar daha sonra hangi tanelerin en derin çatlaklara neden olduğunu sordular. Öğütülmüş erimiş silikadaki hasarı ölçen Suratwala ve meslektaşları, tanelerin yalnızca küçük bir kısmının yüzeyi kırmaya yetecek kadar yük taşıdığını ve bunların daha büyük taneler olduğunu buldular. Kırılmaya etkili bir şekilde neden olan taneler, ortalama parçacık boyutunun yaklaşık on katıydı. İlgili bir testte, sadece %0.1 ağırlık oranında 15 µm parçacıklarla kirlenmiş 9 µm'lik bir bulamaç, temiz 9 µm'lik bulamaçtan ve hatta tamamen 15 µm parçacıklardan oluşan bir bulamaçtan bile daha derin çatlaklar oluşturdu.

İri taneler ayrıca malzemeyi daha hızlı aşındırır: kırılgan taşlamada, aşındırma hızı aşındırıcı boyutuyla doğrusal olarak artar. Hız ve hasar, aynı tanenin iki yüzüdür.

Taş işleme ustası için bunun anlamı açıktır. Bir zımpara kağıdı, parmak veya kötü temizlenmiş bir zımpara taşı üzerinde taşınan birkaç iri tane, tüm ince işleme aşamasını bozabilir. İyi toz ve temiz uygulama yoluyla boyut dağılımının kuyruğunu kontrol etmek, orta noktayı tıraşlamaktan daha önemlidir.

Tek kristalli mi yoksa çok kristalli mi?

Mikron elmas, iki ana yapıda satılır: her biri tek bir kristalden oluşan monokristalin parçacıklar ve birçok daha küçük kristalden oluşan polikristalin parçacıklar. Korundum ile doğrudan karşılaştırmalar azdır, ancak kontrollü bir testin sonuçları kamuya açık olarak mevcuttur.

ABD Patent 8,182,562'de bildirilen bir taşlama denemesinde, 2 inçlik C düzlemi safir levhalar, 500 ml bulamaçta 10 karat oranında 4–8 µm elmas içeren kompozit bakır/reçine plaka üzerinde taşlanmıştır. Sonuçlar:

Polikristalin elmas, yaklaşık üçte bir oranında daha fazla malzeme çıkardı ve biraz daha pürüzsüz bir yüzey bıraktı. Bu rakamlar dikkatlice okunmalıdır. Bunlar tek bir testten elde edilmiştir, hakem değerlendirmesinden geçmemiştir ve patentin amacı, her ikisini de geride bırakan üçüncü, modifiye edilmiş bir elması tanıtmaktı. Bunlar, kesin bir sıralama olarak değil, ön parlatma aşamasında polikristalin tozun denenmesi için bir neden olarak okunmalıdır.

Tozlar, macunlar ve zımpara filmi

Aynı elmas, taşa üç farklı biçimde ulaşabilir. Her biri, başıboş parçacık sorununu farklı şekilde ele alır.

Ticari taşlama filmi, 3 mil (yaklaşık 76 µm) kalınlığında bir polyester film üzerine kaplanmış, hassas şekilde derecelendirilmiş aşındırıcı parçacıklardan oluşur. Film bazlı taşlama malzemeleri üzerine yapılan ve yayınlanan bir çalışmada... CIRP YıllıklarıEvans ve meslektaşları, aşındırıcı filmin, altındaki plakanın geometrisini değiştirmeden iş parçasını zımparaladığını veya parlattığını ve hem kırılgan hem de sünek iki cisim modunda çalışabileceğini gösterdi. Bu durum, değerli taş kesimi için iki sonuç doğurur. Bir fasetin düzlüğü, zımparanın ne kadar eşit şekilde yüklendiğine değil, plakaya bağlıdır. Ve taneler gevşek değil, birbirine bağlı olduğundan, gevşek tanelerin yapabildiği gibi çalışma yüzeyinde dolaşamazlar.

Film kaplamanın sınırları vardır. Aşınır ve değiştirilmesi gerekir; düz bir plaka üzerinde ise kavisli kaboşon kubbelerden ziyade düz yüzeylere ve masalara daha uygundur. Yapının detaylarına daha yakından bakmak isteyen okuyucular için, bu elmas taşlama filminin genel görünümü Bu metin, derecelendirilmiş elmasın bir PET destek üzerindeki reçine bağlayıcı içinde nasıl tutulduğunu ve elmas filmin geleneksel aşındırıcı filmlerle nasıl karşılaştırıldığını açıklamaktadır.

Kanıtlara dayalı bir dizi

Yukarıdaki bulgular tek bir planlama kuralına indirgeniyor: her aşama, en azından bir önceki aşamanın bıraktığı hasarı ortadan kaldırmalıdır. Hasar tablosundaki üst sınırları muhafazakar bir kılavuz olarak alırsak, fasetli korundum için bir işlem sırası şu şekilde olabilir. Bu, mantığı göstermektedir; test edilmiş bir yöntem değildir ve camdan elde edilen derinlikler korundum için bir varsayımdır.

1. 15 µm'de kesin. Her bir yüzeyi son birleşme noktalarından biraz önce durdurun, çünkü alt kısımda oluşabilecek hasar yaklaşık 20 µm'ye ulaşabilir.
2. 6 µm'de ön parlatma yapın. Kaliteyi değiştirmeden önce 20 µm'den daha fazlasını çıkarın. Bu aşama kendi başına yaklaşık 9 µm'ye kadar malzeme bırakır.
3. Önce 3 µm'ye kadar parlatın, ardından 1 µm veya daha ince bir şekilde son işlem yapın. Her adımda bir önceki adımdan kalan katman temizlenir: önce yaklaşık 9 µm, sonra yaklaşık 5 µm.

Neden 15 µm'den doğrudan 1 µm'ye geçmiyoruz? Kırılgan taşlamada, talaş kaldırma hızı aşındırıcı boyutuyla doğrusal olarak artar. Diğer tüm koşullar eşit olduğunda, 1 µm'lik bir aşındırıcı, 20 µm'lik hasar tabakasını 15 µm'lik bir aşındırıcının talaş kaldırma hızından yaklaşık on beş kat daha yavaş temizleyecektir. Ara sınıf aşındırıcılar bir lüks değil; kusursuz bir yüzeye ulaşmanın en hızlı yoludur.

Olağanüstü taşlar, aşındırıcı herhangi bir madde temas etmeden önce bir sınırlama oluşturur. Yıldız korindonda, yıldızı oluşturan üç iğne şeklindeki inklüzyon serisi, taban yüzeyine paralel, yani c eksenine dik düzlemlerde yer alır. Yıldızı merkezlemek için, kesici bu nedenle kubbenin tepesini c eksenine yerleştirir. Daha sonraki hiçbir parlatma aşaması burada yapılan bir hatayı düzeltemez.

İşlem görmüş taşlar kuralları değiştirir.

Dolgulu bir değerli taş, aynı anda cilalanmış iki malzemeden oluşur ve dolgu malzemesi nadiren ana malzemesi gibi davranır.

Kurşun cam dolgulu yakutlarda, GIA araştırmacıları camın korundumdan önemli ölçüde daha yumuşak olduğunu, bu nedenle cila kalitesindeki farklılıkların dolgulu çatlakları ortaya çıkarabileceğini buldu. Cam, 700 °C'de çatlaklardan dışarı sızmaya başladı, erime noktası 600 ile 700 °C arasındaydı ve kostik asit çözeltisi onu aşındırdı. Ayar testleri sırasında törpüleme ve cilalama, dolgu malzemesine herhangi bir zarar vermedi, ancak sadece birkaç taş test edildi.

Dolgu malzemesiyle doldurulmuş zümrütler daha hassastır. GIA'nın 33 dolgu malzemesiyle doldurulmuş zümrüt üzerinde yaptığı bir çalışmada, ultrasonik temizleme veya çözücülerde bekletme yaklaşık 29'unun görünümünü değiştirdi. Sedir ağacı yağı ve sertleştirilmemiş Opticon, ultrasonik banyoda belirgin şekilde değişirken, yüzey sertleştirilmiş ve sert dolgu malzemeleri en dayanıklı olanlar olarak kanıtlandı.

Bu durum tezgahta gerçek bir ikilem yaratıyor. İnce bir yüzeyi istenmeyen parçacıklardan koruyan kapsamlı temizlik, dolgu malzemesini aşındırabilir veya bulanıklaştırabilir. İşlenmiş taşlar için, farklı dereceler arasında nazik manuel temizlik daha güvenli bir uzlaşmadır.

Sonuç

Argyle Violet, 2.83 karatlık bir mücevher haline gelene kadar ağırlığının üçte ikisinden fazlasını kaybetti. Sert renkli taşlarda, iyi bir verim ile kötü bir verim arasındaki fark, elmasın kendisinden ziyade, ne kadar hassas bir şekilde derecelendirildiğine ve her aşamanın bir sonrakine ne kadar temiz bir şekilde geçtiğine bağlıdır.

Kanıtlar üç alışkanlığa işaret ediyor. Kum taneciklerinin boyutuna değil, mikron dağılımına ve özellikle üst sınırına bakın. Her aşamayı bir önceki aşamanın verdiği hasarı giderecek şekilde planlayın. Tek bir iri taneyi, cilanın bozulmasının en olası nedeni olarak kabul edin; ancak işlenmiş taşların, bu tür bir kaba taneyi önleyen temizliğe dayanamayabileceğini de unutmayın.

Hakkında Yazar:

Jacida Sun Jacida, hassas parlatma sektöründe beş yıllık deneyime sahip Grish'te Satış Mühendisi olarak çalışmaktadır. Grish'in parlatma malzemeleri hakkındaki bilgisine dayanarak, aşındırıcı seçimi, malzeme performansı ve uygulama gereksinimleri konusunda ürünle ilgili teknik destek sağlamaktadır. Bu çalışma, uluslararası müşterilerin çeşitli hassas yüzey işleme uygulamaları için uygun malzemeleri ve özel parlatma çözümlerini belirlemelerine yardımcı olmayı da içermektedir.