多面宝石加工
(A)切割多面宝石。
刻面宝石有很多种，其中最基本的有圆形刻面、玫瑰形、阶梯式和混合式。根据这四种基本剪裁，演变出上百种款式。因为这四种基本的切工图案都是来源于钻石的切工图案，和钻石的切工图案是一模一样的，它们的角度只是在加工过程中根据宝石种类的不同而发生变化。所以，对于刻面宝石的切工图案，参考本章第一节钻石的切工图案。
应该指出的是:
1)玫瑰形切工虽然几何形状优美，但对宝石的火彩和亮度都不好，所以现在很少使用，在小扁钻、锆石、石榴石的切磨中也只是偶尔见到。
2)阶梯式切工中的祖母绿型主要用于祖母绿的切工，也适用于所有透明宝石，尤其是色彩艳丽的彩色宝石。这种切割的刻面数和步数并不是最重要的，因为色彩的美在首要位置，而火彩在次要位置。因此，钻石加工除了阶梯切割外，还需要严格的刻面尺寸、比例、冠角和亭角。一般宝石的台面较大，冠较薄，阁较厚。
3)混切可以使宝石的火彩、色泽、重量达到最佳效果，但由于加工复杂，不利于大批量生产，所以仅限于高档宝石的设计和琢磨。常见的样式是冠为圆形刻面，亭为阶梯状。
4)近年来市场上流行的彩色宝石“千禧工”(图5-1-32(a)和“格子工”(图5-1-32(b))也是由四种基本图案演变而来。它们在加工设备和比例上有所变化，样式新颖。其中“千年工”每个面都是凹面，有聚光的作用，增强宝石表面的亮度；“格仔宫”可分为单面和双面，每一面都是方形或菱形，简洁明快，充满现代气息。
图5-1-32千年珠宝(a)和方格珠宝(b)
(2)多面宝石的设计
刻面型适用于所有无色和有色透明宝石。刻面宝石的设计和弧面宝石的设计一样，需要完成原石命名、了解宝石内外特征、原石分析、设计方案选择等步骤。具体刻面宝石的设计主要可以从颜色、重量、瑕疵、比例四个方面进行。
1.色彩设计
宝石的颜色与其厚度和颗粒大小有关，所以在设计中，颜色浅的原石可以设计成粗切，比如海蓝宝石往往设计成祖母绿型，以增强色度。同样，颜色较深的原石设计成厚度较小的切工，比如山东蓝宝石。如果设计成阶梯状方形(祖母绿冠平底)，厚度会更薄，色度会减弱。
此外，使用改良款式还可以提高宝石的颜色。对于低折射率的浅色宝石，如浅色的黄玉、水晶等，则采用主刻面垂直的改良型圆钻样式，并利用亭中更多的刻面同时反射光线，以增强其光泽效果。对于颜色较浅的紫晶、茶晶，除了台阶式，还可以选择水平分主面的改良圆钻式或杂石式，增加宝石的高度，以达到加深颜色的效果(见图5-1-33)。对于深色宝石，如深红色石榴石、山东蓝宝石等。，选择改良的圆钻型(即亭部高度适当降低)，使其漏光以降低宝石的色浓度，从而改善宝石的颜色。
图5-1-33色彩设计中的切割加工流程
2.重量设计
从原料上切割研磨宝石时，材料损耗很大，比如钻石，重量损失往往在50%以上。有资料显示，山东蓝宝石的成品率只有30%左右。重量的损失直接关系到商品的价值。因此，在体现宝石整体美感的情况下，打理成为宝石工匠的重要课题。
重量包括两层含义，即单颗宝石的成品要尽可能大，一种原料加工后的总产量要高。哪个是主要的，要看具体情况。
对于低档宝石，一般以产量为主。因为这个时候宝石的价格和重量成正比，产量越高价格越高。对于高档宝石来说，单颗宝石的价格更高。因为这种宝石的价格与其重量不是简单成正比的，有时候是指数级的，大而珍贵的宝石品种价格是不可估量的。
有四种方法可以增加单颗宝石的重量:
(1)增加腰部直径
(2)增加腰部厚度
(3)增加展馆的深度
(4)改进原有宝石风格。
前三种方法如图5-1-34所示。第四种方法往往是将宝石的台面平面改为曲面，这样接收的光线更多，使宝石看起来更亮，如“千年工”、“格子工”，但这种研磨机损耗更大，成本更高。
图5-1-34增加宝石重量的三种方法
3.缺陷和夹杂物的设计
缺陷和内含物是影响宝石净度的主要因素。宝石加工过程中，对于内含物和内部缺陷要考虑六个因素:大小、数量、位置、颜色、轮廓、透明度。
在缺陷和夹杂物的设计中，我们应采取以下措施:
1)沿裂纹面切割原石时应去除有色夹杂物和大裂纹。
2)在设计原石时，尽量了解缺陷和夹杂物的位置，并做好标记。
3)本着先去除大的瑕疵或夹杂物，再去除小的原则，最好是减小样式尺寸，去除有隐患的裂纹。
4)对于无法去除的瑕疵或内含物，尽量设计在不会影响宝石美观的位置，也就是靠近腰部不显眼的地方(见图5-1-35)。这里需要注意的是:①宝石表下的包裹体容易被发现；②馆内的内含物容易反射成多重影像，形成“星空”；(3)祖母绿式的内含物在任何地方都容易被发现，包括腰部，所以在设计这种切工时要使用干净的原材料。
图5-1-35处理夹杂物的位置
5)颜色鲜艳、形状规则、轮廓清晰、易于观察的包裹体可以充分利用，如琥珀中的昆虫、水胆玛瑙、发晶等。
4.比例设计
在刻面切割的设计中，要充分考虑台面尺寸、冠角、腰厚、亭深等因素，才能使宝石切割打磨后的体色、亮度、火彩、闪耀程度达到最佳效果。
(1)表格尺寸的设计
桌子的大小是相对于宝石的腰径而言的。对于彩色宝石来说，台面的大小影响宝石的颜色、火彩、闪耀程度和重量。这里需要强调的是，色彩包括色相、明度和彩度(饱和度)。其中，颜色的明度又叫明度和光彩，它与色散有关的“火色”是设计中的一对矛盾，因为明度是各种颜色的反射光和透射光的总量，明度强意味着宝石中每种单色光的全反射比较强，单色光反射光的任何减少都会削弱明度。而火色的要求正好相反，要求每种单色光的反射不一致，有些单色光要反射多一些，有些要小一些，这样才能表现出优良的色散，也就是火色。就是这个原因，亮度和火色不能同时达到最佳状态。所以在宝石的比例设计上，我们追求的是它们的综合效果，是两者的折中。这种折衷通常被称为闪耀度。理解以上关系，对我们的尺度设计很有帮助。
对于色散效应较强的宝石，如钻石、锆石等，在设计时应相应降低台面，因为色散区域主要集中在冠部的斜面区域。减小台面会增加冠部的斜坡面积，光线会以不同的折射角从亭部反射。但是，如果色散无限增大，宝石的亮度会大大降低，对宝石的重量也是不利的。如果宝石的颜色较深，台面的增加可以提高，因为可以透射更多的光线。但当台面超过腰径的2/3时，台面反射的光线会压制斜面区域的光线，产生“光晕”反射效果，使宝石显得暗淡无光。
(2)冠角的设计
牙冠角是指牙冠的主要刻面与腰部平面之间的锐角。当腰部直径固定时，其大小由桌面和冠高决定。
在腰径和冠高不变的情况下，冠角的变化效果是一样的，冠角增大，台面增大，冠角减小，台面减小。
根据宝石折射率的计算或宝石折射率与临界角的关系曲线，可以求出刻面宝石冠的角度。具体计算公式如下:
β=8×(45安培)
其中:β-冠角，单位:度；α—亭角，单位为度。
确定冠部角度后，根据以下关系式获得星形刻面和上腰部表面之间的角度:
星形刻面角=冠角-(12 ~ 7)
上腰角=冠角+(5° ~ 9°)
(3)腰围厚度的设计
腰部是宝石的镶嵌边缘，其厚度直接影响宝石的重量和完美程度。太薄容易导致腰部损伤，太厚会产生模糊的灰色反射。就标准圆钻款式而言，腰边由16条粗细交替的曲线组成，腰厚变化如下:
{δ}毫米= { a }+{ b }毫米2/{ D }毫米
其中:δ-腰部厚度；d-腰部直径；a——经验系数，为0.017mm；B—经验系数，0.05～0.08 mm2
(4)亭角的设计
亭角是指亭的主刻面与腰平面之间的锐角，其大小由腰直径和亭深决定。
亭部角度对宝石的闪耀度有很大的影响，因为正确的亭部角度可以从亭部刻面反射尽可能多的光线，以产生最大的亮度(如图5-1-36(a))。
如果宝石的亭部角度小于正常范围，亭部的深度会减小，进入宝石的光线会从亭部漏出。从桌子上往下看，中央会出现一个“窗口”，也就是鱼眼效应(如图5-1-36(b))。
如果宝石的亭角大于正常的变化范围，亭的深度增加，进入宝石的光线也从亭中漏出。从表格上看，中心变暗，产生“钉头”效果或黑色背景效果(如图5-1-36(c))。
图5-1-36宝石光路图
理想的加工；(b)厚度小(鱼眼效应)；(c)厚度大(黑矩阵效应)
美国宝石学家E.S.Love描述的二维石亭角度计算公式如下:
如果
如果
其中:A为亭子主角，φ为介质临界角，单位均为度。
对于钻石来说，亭角约为40°，但对于其他宝石来说，这个角度根据折射率的不同而不同。一般来说，折射率越低，宝石的亭角越大，即亭越深，以产生内反射，增加闪耀度。
常见宝石的临界角、冠角、亭角见表5-1-4。
表5-1-4常见宝石的冠角和亭角
继续的
(3)刻面切割的定位和方向
刻面宝石不具备弧面宝石的猫眼效应和星光效应，但为了更好地体现透明宝石的体色、亮度、火彩和闪耀程度，也需要对其进行定位。刻面宝石的定位主要是台面的定位，方法如下。
1.具有明显多色色彩的宝石
异质宝石是多色的，大多不明显，在设计和定位上可以忽略。红宝石、蓝宝石、碧玺、坦桑石是常见的宝石，具有明显的多色性，所以在设计上存在取向的问题。不同宝石的朝向和定位是不一样的，要看具体情况。比如蓝宝石，从平行于晶轴(Z轴)的方向看，一般是蓝色的，但从垂直于Z轴的方向看，往往呈现一定的黄绿色。设计时，切割台面通常选择在垂直于晶体Z轴的方向，这样可以得到较柔和的蓝色。再如绿色碧玺，从垂直于Z轴的方向看，通常呈亮绿色或青绿色，从平行于Z轴的方向看，常呈深棕绿色或深橄榄绿色。设计时，切割台通常选择在平行于晶体Z轴的方向(见图5-1-37)。但如果碧玺颜色极浅，有时需要选择垂直于Z轴的方向作为台面，可以增加颜色的深度。
图5-1-37蓝宝石台面的定位(a)和绿色电气石台面的定位(b)
2.没有或不明显多色的宝石。
因为这种宝石的颜色在各个方向都没有变化或者变化很小，所以在设计中要充分考虑宝石的最大用途。保证成品尺寸的一个方法是台面平行于对角线平面(见图5-1-38)。常用这种方式确定台面位置的宝石有石榴石、尖晶石、水晶等。
图5-1-38无多色性或明显多色性宝石的台面定位
3.带有色带、色区、色簇和色点的宝石。
一些宝石在普通水晶中颜色分布不均匀，如蓝宝石中的色带、紫水晶中的色斑、碧玺中的色带等。如果台面方向确定不当，可能会造成成品从台面看时颜色分布不均，从而影响其商品价值。
对于蓝宝石色带来说，通常放置在宝石腰部附近，与台面平行，这样通过光线在宝石内的反复反射和折射，色带的颜色可以在顶面呈现均匀、正、厚的蓝色。
对于紫水晶色簇和斑点，一般放在宝石表正下方的中央区域，即冠、腰或亭中，这样从上面看颜色更均匀。如果污渍很小，最好放在亭子的尖角处，通过光的反射和折射，将原来无色的折射光变成有色光，达到增色的效果(见图5-1-39)。
图5-1-39色群和色斑的处理
碧玺的色区要酌情处理。如果色区不规则，就要用以上两种方法放置色区。如果彩色区域排列整齐，颜色鲜艳，桌面可以用图5-1-40所示的方法定位。
4.解理宝石
对于解理发育的宝石来说，切割原料非常方便，但宝石加工的抛光工艺难度较大，容易产生热量使台面破裂。因此，在原石的定位中，应避免台面与解理面平行，台面与解理面可以成5 ~ 10(或80 ~ 85)的角度定向，也可以与纵轴平行。如果原石的解理数较大，其走向原则上应避免台面平行于解理最发达的那组(见图5-1-41)。
图5-1-40多色电气石桌面定位
图5-1-41表定位用解理宝石
(4)多面宝石的选择
传统上，透明度被视为是否采用刻面切割的重要衡量标准。刻面切割常用于透明宝石，弧形切割或其他切割常用于不透明宝石。刻面宝石原料的选择要比弧面宝石严格很多，因为刻面宝石原料的价格更高，如果选择不当，损失会很大。很难根据宝石的外观来推断其质量。宝石的价值往往不仅仅在于它美丽的外表，还在于它良好的内在质地。
首先要查看原料的颜色属性和分布情况。很多宝石都有明显的多色、色带或色带，如果定位合理，价值可以翻倍。
其次，检查原材料的形状。很多原料呈薄片状或锯齿状，不利于原料的利用，对成品率影响很大。宝石学家可以接受形状规则的宝石晶体。例如，碧玺通常呈细长的铅笔状，带有三角形断口。这很接近祖母绿的切工风格，所以切磨时损耗很小。石榴石晶体往往呈圆形、球形，有利于加工成圆形菱形样式。
再次检查原材料中缺陷和裂纹的数量和分布。选料的时候要从各个角度检查，想象原材料沿着裂缝切开后的形状和大小。如果预计损失可能超过60%，那么在选择材料时要小心。另外，要了解裂缝的性质。自然裂纹往往是外观为深褐色或黑色的细丝被铁污染造成的，而锤击损伤留下的许多小裂纹则是因为空气而呈白色，所以我们在选择这类材料时要更加小心。因为这里面可能隐藏着很多裂缝。所以，在宝石加工行业，怕小裂缝，怕大裂缝。
最后，要检查原材料的重量。宝石的原料不能太小，不利于加工和镶嵌，对不同宝石的重量要求也不一样。一般要求在0.6ct以上，群镶宝石可以降到0.1ct以上。对于宝石晶体，要求粒度在5mm以上，贵重的可以在3 mm以上。
刻面宝石材料有很多种，如钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、海蓝宝石、变质岩、电气石、长石、水晶、黄玉、橄榄石、尖晶石、石榴石等。
(5)刻面宝石的加工工艺
刻面宝石的加工工艺比弧面宝石复杂得多，分为出料、上弦、磨冠、磨冠、上弦、磨亭、磨亭、后处理九道工序。
1.免除
下料是指将原料切割成小块，然后用修复锯切割出宝石样式的原型。切割用的锯片为薄铁板，直径为100 ~ 150 mm，厚度为0.3 ~ 0.5 mm，其外缘刻有300多个小凹槽，其中嵌有100 ~ 120目金刚石粉。具体操作步骤如下:
1)清洁石台，开启切割机和冷却水。
2)切掉原料的皮(没有皮的可以直接进行下一步)。将原料握在手中，均匀地推入锯片。刚开始喂的时候，速度要慢。在进料的中途，当物料顺畅时，应提高速度。当材料切得差不多时，速度要放慢，以免开裂。
3)沿深裂缝切割原材料。这样就可以得到不同尺寸的毛坯。
4)仔细观察毛坯，用墨线标出不易观察到的棉花裂纹位置，避免设计成宝石样式的轮廓。
5)如果可感粒径仍然很大，就需要进一步分料。要求切出的毛坯大颗粒多，小颗粒少，边角废料少，毛坯尺寸能被宝石款式接受。
6)宝石毛坯分为规则形和不规则形。规则的毛坯(立方体、方棱柱)可以用切割机沿对边分割成两部分，也可以用平行的对角线面分割成一大一小两部分。得到的横截面是正方形或矩形。方形适合切割成圆形、六边形、八边形和方形。长方形适合加工成椭圆形、阶梯形和橄榄形。
不规则的毛坯要裁成倒圆锥形，圆锥的高度要在顶面长边的一半以上，有利于款式设计。如果圆锥体的顶面是近似正多边形，坯料可以设计成圆形、方形等切割形状；如果圆锥体靠近船体，毛坯可以设计成椭圆形、阶梯状等形状；如果圆锥体的顶面一端大，另一端小，坯料可以设计成水滴或心形。如果圆锥体顶面的长度远大于宽度，可以将坯料设计成橄榄形等轴形状。
以上是中低档宝石的下料流程。对于等级较高的宝石来说，除非宝石的原料存在棉、裂纹等严重缺陷，否则不宜切割成小块。对于高等级的宝石，应该简单地去除废料，以达到最初的空白。
登上杆子
上杆指的是用胶水把坯料和棍子粘合在一起。刻面宝石的缠绕比凸面宝石复杂得多，因为刻面宝石在打磨过程中需要更精确的角度。
粘棒主要由黄铜或铁制成，其长度一般为100 ~ 150 mm，粘棒的粘端有各种形状，以粘接不同的切工宝石(见图5-1-42)。胶水一般是黑蜡胶或者红蜡胶。
图5-1-42粘杆
上杆的具体操作步骤如下:
1)清洁棒和宝石坯的表面。
2)将胶水碾碎，放入火杯中，用酒精灯加热至融化。
3)加热棒的粘合端，然后均匀加热坯料。如果毛坯怕热，用石棉网单独加热。
4)把木棒和毛坯粘在一起，在胶水没有完全凝固的情况下校正角度。要求坯料的中心线与棒的轴线重合，顶面与棒重合，直至自然冷却。
以上装杆过程是给有经验的珠宝商看的。对于初学者来说，为了使毛坯的角度准确，要使用杆式粘接架。这里不详述其结构和方法。
3.戒指形状(以下程序均基于托帕石的标准圆钻类型)
环形是指宝石的腰形和冠部的基本弧面，环形使用的磨料为180 # ~ 220 #。在圈腰形时，要保证棒的轴线与磨削面平行，这样坯料的顶面才能与腰面垂直。绕冠部基本弧面时，弧度要小，即弧面与棒的夹角要小。弧面的曲率要一致，否则会影响牙冠的小面磨削。研磨方法见图5-1-43。
图5-1-43宝石表冠的环形形状
4.牙冠磨削
冠磨是指利用宝石雕刻研磨机带动毛坯在磨盘上磨出不同角度的小面。宝石雕磨机一般采用八角手雕磨机和机械手雕磨机。磨盘一般为金刚石磨盘，直径为150mm，磨粒粒度一般为600目。具体操作步骤如下:
1)打开研磨机和冷却水。
2)将带坯棒安装在45块上，然后放入45。将挡块安装在宝石雕刻和研磨机上，使台面朝下并与研磨台平行，然后将宝石台面研磨平整(见图5-1-44)。
图5-1-44磨削45块天车工作台
3)取下45°挡块，直接将带坯棒安装在宝石雕刻机上(以八角手雕磨床为例)，调整主平台使宝石与磨盘成40°接触，将“八角手”调整到L孔位置。通过八角形手在平台上的八个侧面的旋转，可以研磨表冠的八个主要表面。此时主面大小要一致，桌子直径要达到腰径的50% ~ 60%。
4)抬起主平台，使毛坯与磨盘成23°角，将“八角手”调整到2孔位置。冠部的八个星形刻面可通过八面旋转进行研磨。此时，恒星的刻面和主表面刚好形成两个正方形。
5)降低主平台，使毛坯与磨盘成46°角，将“八角手”调整到3孔位置，通过八边的旋转，可以磨削出表冠左侧的八个腰面。
6)保持平台不动，将“八角手”调整到4孔位置，通过八个边的旋转，可以打磨表冠右侧的八个腰面。这时，牙冠打磨完毕。这里需要注意的是，在打磨过程中，宝石与磨盘的接触要轻，力度要合适，并要连续观察打磨进度。
打磨皇冠
抛光用的抛光盘一般是铜盘，抛光剂是金刚石粉。具体操作步骤如下:
1)取下磨盘，换上抛光盘，开机，涂少量抛光剂。
2)通过粘油找到合适的角度，一定要和磨削角度绝对一致，否则会出现多余的小面。抛光顺序是先抛光星面，再抛光主面，最后抛光腰面。
3)改成45。分块，用上述粘油方法抛光宝石台。
登上杆子
表冠打磨抛光后，将宝石毛坯放在酒精灯上加热，然后取下宝石毛坯，翻转，将表冠粘在平头粘棒上。方法参见第二个过程。
7.亭子的打磨
具体操作步骤如下:
1)将斗杆安装到八角形手柄上。
2)调整主机平台，使毛坯与磨盘成40°角，选择八角手的1孔位置，通过八面旋转，打磨出亭子的八个主面。
3)降低主平台，使毛坯与磨盘成43°角，选择八角手的3孔位置，通过八边的旋转，可以磨出亭子左侧的八个腰小面。腰部刻面的长度应为亭部主刻面长度的2/3。
4)保持平台不动，选择八角手的四个孔。同样，亭子右侧的八个腰面也可以磨。
8.擦亮亭子
亭部抛光的方法与冠部抛光相同。顺序是先投8馆主面，再投16腰面。
9.后处理
具体操作步骤如下:
1)如果怕阁底尖损坏，可以在阁底尖磨一个小平面，磨抛方法和之前一样。
2)打磨腰部为了宝石的整体美观，可以打磨腰部。
3)除胶处理:将宝石加热，用酒精灯粘住，使胶水融化，拧下宝石。
4)清洗处理:将带胶的宝石和木棒分别放入酒精中，待胶溶解后，取出宝石和木棒，用清水清洗干净。
此时，刻面宝石已经加工完毕。