Фасеты ( / ˈ f æ s ɪ t / ) — это плоские грани геометрических фигур. Организация естественных граней была ключом к раннему развитию кристаллографии , поскольку они отражают основную симметрию кристаллической структуры . Драгоценные камни обычно имеют грани, которые улучшают их внешний вид, позволяя им отражать свет.
Из сотен используемых граней наиболее известной, вероятно, является круглая огранка , используемая для бриллиантов и многих цветных драгоценных камней. Говорят, что первая ранняя версия того, что впоследствии стало современной бриллиантовой огранкой, была изобретена итальянцем по имени Перуцци где-то в конце 17 века. [1] [2] Позже первые углы для бриллианта «идеальной» огранки были рассчитаны Марселем Толковским в 1919 году. С тех пор были внесены небольшие изменения, но углы для бриллиантов «идеальной» огранки по-прежнему аналогичны формуле Толковского. Круглые бриллианты, ограненные до появления «идеальных» углов, часто называют «ранней круглой огранкой» или «старой европейской огранкой бриллиантов» и по сегодняшним стандартам считаются плохой огранкой, хотя интерес к ним со стороны коллекционеров все еще сохраняется. Другие исторические огранки бриллиантов включают «Старую огранку», которая похожа на ранние версии круглых бриллиантов, но имеет прямоугольный контур, и «Розовую огранку », которая представляет собой простую огранку, состоящую из плоской полированной обратной стороны и различных номеров. угловатых граней на короне, образующих граненый купол. Иногда на нижней части камня вырезают 58-ю грань, называемую калеттой , чтобы предотвратить сколы острия павильона. Более ранние огранки бриллиантов часто имеют очень большие калетты, в то время как у бриллиантов современной бриллиантовой огранки калетта обычно отсутствует или она может присутствовать в мельчайших размерах.
Искусство огранки драгоценных камней – это кропотливая процедура, выполняемая на ограночном станке . Идеальным продуктом фасетной огранки является драгоценный камень, который демонстрирует приятный баланс внутренних отражений света, известный как блеск , сильную и красочную дисперсию , которую обычно называют «огонь», и яркие вспышки отраженного света, известные как сцинтилляция . Обычно прозрачные или полупрозрачные камни огранены, хотя непрозрачные материалы иногда могут быть огранены, поскольку блеск драгоценного камня создает привлекательные отражения. Плеонасте (черная шпинель ) и черный бриллиант являются примерами непрозрачных ограненных драгоценных камней.
Углы, используемые для каждой грани, играют решающую роль в конечном итоге драгоценного камня. Хотя общее расположение граней конкретной огранки драгоценного камня может выглядеть одинаковым для любого материала драгоценного камня, углы каждой грани должны быть тщательно отрегулированы, чтобы максимизировать оптические характеристики. Используемые углы будут варьироваться в зависимости от показателя преломления материала драгоценного камня. Когда свет проходит через драгоценный камень и падает на полированную грань, минимальный угол, под которым эта грань может отразить свет обратно в драгоценный камень, называется критическим углом . [3] Если луч света падает на поверхность под углом ниже этого угла, он покидает материал драгоценного камня, а не отражается сквозь него в виде блеска. Эти потерянные световые лучи иногда называют «утечкой света», а вызванный этим эффект называют «окном», поскольку область будет казаться прозрачной и без блеска. Это особенно характерно для плохо ограненных коммерческих драгоценных камней. Драгоценные камни с более высокими показателями преломления обычно становятся более желанными драгоценными камнями: критический угол уменьшается по мере увеличения показателей преломления, что обеспечивает большее внутреннее отражение, поскольку свет с меньшей вероятностью ускользнет.
В этой машине используется пластина с приводом от двигателя, которая удерживает точно плоский диск (известный как « притир ») с целью резки или полировки. Алмазные абразивы, связанные с металлом или смолой, обычно используются для резки притиров, а для полировки притиров используется широкий спектр материалов в сочетании с очень мелким алмазным порошком или полиролями на основе оксидов. Для резки обычно используется вода, а для процесса полировки — масло или вода.
В машине используется система, обычно называемая «мачтой», которая состоит из устройства считывания угла, регулировки высоты и, как правило, шестерни (называемой «индексной шестерней») с определенным количеством зубьев, используемой в качестве средства установки угла поворота. Углы поворота поровну делятся на количество зубьев на шестерне, хотя многие машины включают в себя дополнительные средства регулировки угла поворота с более мелким шагом, которые часто называют «читером». Камень прикреплен к (обычно металлическому) стержню, известному как «доп» или «доп-палка», и удерживается на месте частью мачты, называемой «перо».
Легированный камень шлифуется под точными углами и индексами на кругах с постепенно более мелкой зернистостью, а затем процесс повторяется в последний раз для полировки каждой грани. Точному повторению углов в процессе резки и полировки способствуют считывание угла и индексная передача. Физический процесс полировки является предметом дискуссий. Одна из общепринятых теорий заключается в том, что мелкие абразивные частицы полировальной пасты вызывают истирание размером меньше длины волны света, что делает мельчайшие царапины невидимыми. Поскольку у драгоценных камней есть две стороны (корона и павильон), для переворачивания камня используется устройство, часто называемое «переносным приспособлением», чтобы каждую сторону можно было огранить и отполировать. [3]
Расщепление основано на плоскостной слабости химических связей в кристаллической структуре минерала. Если нанести резкий удар под правильным углом, камень может расколоться на части. Хотя раскалывание иногда используется для разделения необработанных драгоценных камней на более мелкие кусочки, оно никогда не используется для изготовления граней. Когда-то раскалывание алмазов было обычным явлением, но поскольку риск повредить камень слишком высок, часто в результате получались нежелательные кусочки алмаза. В настоящее время предпочтительным методом разделения алмазов на более мелкие кусочки является распиловка . [2]
В более старом и примитивном типе ограночной машины, называемой машиной для изготовления косяков, использовались деревянные палочки точной длины и «мачтовая» система, состоящая из пластины с тщательно расположенными в ней отверстиями. Поместив задний конец допа в одно из многочисленных отверстий, камень можно было вставить в колени под точными углами. Для эффективной работы этих машин требовались значительные навыки. [3]
Другой метод фасетной резки предполагает использование цилиндров для получения изогнутых, вогнутых граней. Эта техника позволяет создать множество необычных и художественных вариаций традиционного процесса огранки.
Многие кристаллы естественным образом растут в ограненной форме. Например, поваренная соль образует кубы, а кварц — шестиугольные призмы. Эти характерные формы являются следствием кристаллической структуры материала и поверхностной энергии , а также общих условий, при которых образовался кристалл.
Решетка Браве кристаллической структуры определяет набор возможных «низкоэнергетических плоскостей», которые обычно представляют собой плоскости, на которых атомы плотно упакованы. Например, кубический кристалл может иметь низкоэнергетические плоскости на гранях куба или по диагоналям. Плоскости имеют низкую энергию в том смысле, что если кристалл расколоть вдоль этих плоскостей, будет относительно мало разорванных связей и относительно небольшое увеличение энергии по сравнению с целым кристаллом. Эквивалентно, эти плоскости имеют низкую поверхностную энергию . Плоскости с наименьшей энергией будут образовывать самые большие грани, чтобы минимизировать общую термодинамическую свободную энергию кристалла. Если известна поверхностная энергия как функция плоскостей, равновесную форму кристалла можно найти с помощью конструкции Вульфа .
Условия роста , включая поверхность, на которой растет кристалл (подложку), могут изменить ожидаемую форму кристалла; например, если основание кристалла находится под нагрузкой со стороны подложки, это может способствовать росту кристалла выше, а не росту наружу вдоль подложки. Поверхностная энергия, включая относительные энергии различных плоскостей, зависит от многих факторов, включая температуру, состав окружающей среды (например, влажность) и давление.