[发明专利]一种刻面碳化硅宝石成品的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及刻面碳化硅(SiC)宝石的加工方法。

背景技术

目前，人们从自然界中发现的矿物虽然已达3000多种，但是能作为宝石原料的仅有230余种，而其中的高档宝石也就只有钻石、祖母绿、红宝石和蓝宝石。可见晶体必须具备一定的物理化学性质才能成为宝石。除了热稳定性、化学稳定性和韧性，成为宝石最主要的因素是其硬度、折射率和颜色。

金刚石(钻石)和刚玉(红宝石、蓝宝石)的莫氏硬度为10和9，均在9以上，折射率为2.417和1.762～1.770，故而它们至今被视为珍贵宝石。莫氏硬度系统是一种划分材料硬度等级的标度，按照该系统，金刚石最硬，硬度为10，蓝宝石硬度为9，黄玉为8，直到最软的材料滑石的硬度为1。一般莫氏硬度越高的宝石越珍贵。而折射率则反映了宝石折光能力的高低，折射率越高的刻面宝石在日光下能呈现出更美的闪光和光泽。鉴于碳化硅的莫氏硬度为9.25～9.5，仅次于金刚石，折射率为2.5～2.71，比金刚石还高，在颜色达到宝石级的情况下，碳化硅完全可以与高档宝石相媲美。

宝石的颜色取决于很多因素，晶体本身的物理化学性质、内部的杂质原子乃至于其电学性能均能影响其颜色。碳化硅具有200多种不同的晶型，每一种都有不同的物理和光学性质，颜色也略有差别。常见的，如六方晶系的4H、6H-SiC呈现无色，立方晶系的3C-SiC呈现黄色。在掺入不同杂质的情况下，碳化硅的颜色更是丰富多彩。中国专利文件CN101037806A以及中国专利CN 128770C的提供的生长方法可以获得的彩色碳化硅单晶，颜色范围包括绿色、黄色、蓝色、黑色和近无色，而且在该技术的基础上获得的碳化硅单晶颜色均一，透明性好。

另外，金刚石加工成刻面宝石后能够呈现出完美的火彩，这与其色散度有关，而碳化硅具有比金刚石更高的色散度，故而近无色碳化硅刻面宝石可以呈现比金刚石更漂亮的火彩。

碳化硅热稳定性和化学稳定性俱佳，韧性也好，这保证了镶嵌时不会伤害到碳化硅宝石。

现有的刻面宝石加工方法主要包括切割、圈形、研磨和抛光。切割一般使用金刚石锯片进行。切割好的宝石粗坯要先进行预型，即在砂轮或粗研磨盘上打出与宝石成品相近的形状轮廓，预型时要不断进给冷却水。之后，需要把宝石粘接到特制的金属细杆上，并使用顶平器顶平，确保宝石台面与金属细杆轴线垂直，俗称上杆。上杆结束后，需要在圈形机或直接在水平研磨轮上将宝石的腰围打磨出所需要的形状来，俗称圈形。然后把未粘宝石的粘杆一头固定在机械手夹具上，通过调整机械手夹具的角度依次在研磨盘上研磨出各个刻面，研磨盘固定在水平旋转轮上，研磨时不断进给适量的冷却水。研磨结束后，再在涂有抛光剂的抛光盘上，按照上述研磨的顺序，依次抛光出各个刻面。

抛光盘种类繁多，可以根据宝石本身的性质加以选择。抛光剂分抛光液和抛光膏，宝石抛光中一般使用抛光液。抛光液通常是由很细的粉料加油调配成悬浊液。

具体到碳化硅宝石的加工，中国专利CN 1093085C(申请号96196588.6)公开了一种方法，该文件中使用一种称为刻磨机的设备，并使用金刚石手工工具，在传统的有色宝石的研磨轮上切磨出刻面，使用0.5～1μm的陶瓷磨盘把碳化硅宝石抛光，最终制成钻石式成品。该专利文件是将钻石的加工技术直接应用到碳化硅宝石的加工中，研磨过程中该专利使用的是游离磨料，加之研磨轮的转速只有300r/min，导致宝石的去除率非常低。而且抛光过程中使用陶瓷磨盘，陶瓷材料的硬度不如碳化硅，很容易造成陶瓷盘的损坏，致使宝石抛光走样。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种刻面碳化硅宝石成品的加工方法，旨在利用最简单有效的切割、刻面方法对碳化硅宝石进行加工，使刻面碳化硅宝石成品具有比钻石更高的亮度和火彩。

术语说明：

碳化硅c面，是指垂直于c轴的面。

研磨盘或研磨磨粒的粗糙度单位#，是指单位面积上的磨粒平均颗粒数。

刻面型宝石琢形主要分为冠部、腰棱和亭部三部分。冠部在腰棱以上，是主要观赏面，亭部在腰棱以下，可用于镶嵌。台面，是指冠部最大的一个平面，也称为桌面、顶面。

标准圆形明亮型宝石琢形如图1-3所示，冠部由台面、冠主面、星小面和上腰面构成，亭部有亭主面和下腰小面组成，有时也存在底面。

本发明的技术方案如下：