Грани ( / ˈ f æ s ɪ t / ) — это плоские грани геометрических фигур. Организация встречающихся в природе граней была ключом к ранним разработкам в кристаллографии , поскольку они отражают базовую симметрию кристаллической структуры . Драгоценные камни обычно имеют грани, вырезанные в них, чтобы улучшить их внешний вид, позволяя им отражать свет.
Из сотен используемых граней наиболее известной, вероятно, является круглая бриллиантовая огранка , используемая для алмазов и многих цветных драгоценных камней. Говорят, что эта первая ранняя версия того, что станет современной бриллиантовой огранкой, была изобретена итальянцем по имени Перуцци где-то в конце 17 века. [1] [2] Позже первые углы для «идеальной» огранки алмаза были рассчитаны Марселем Толковским в 1919 году. С тех пор были внесены небольшие изменения, но углы для «идеальных» ограненных алмазов по-прежнему похожи на формулу Толковского. Круглые бриллианты, ограненные до появления «идеальных» углов, часто называют «ранней круглой бриллиантовой огранкой» или «старой европейской бриллиантовой огранкой» и считаются плохо ограненными по сегодняшним стандартам, хотя коллекционеры по-прежнему проявляют к ним интерес. Другие исторические огранки бриллиантов включают «Old Mine Cut», которая похожа на ранние версии круглой бриллиантовой огранки, но имеет прямоугольный контур, и « Rose Cut », которая является простой огранкой, состоящей из плоской, полированной задней части и различного количества угловых граней на коронке, образующих граненый купол. Иногда 58-я грань, называемая калеттой, вырезается на дне камня, чтобы помочь предотвратить скол вершины павильона. Ранние бриллиантовые огранки часто имеют очень большие калетты, в то время как современные бриллиантовые огранки обычно не имеют грани калетты или могут присутствовать в крошечном размере.
Искусство огранки драгоценного камня — это точная процедура, выполняемая на ограночном станке . Идеальным продуктом огранки является драгоценный камень, который демонстрирует приятный баланс внутренних отражений света, известных как блеск , сильное и красочное рассеивание , которое обычно называют «огнем», и яркие цветные вспышки отраженного света, известные как мерцание . Обычно огранке подвергаются прозрачные или полупрозрачные камни, хотя иногда огранке подвергаются и непрозрачные материалы, поскольку блеск камня будет создавать привлекательные отражения. Плеонаст (черная шпинель ) и черный алмаз являются примерами непрозрачных ограненных драгоценных камней.
Углы, используемые для каждой грани, играют решающую роль в результате создания драгоценного камня. Хотя общее расположение граней конкретной огранки драгоценного камня может выглядеть одинаковым в любом данном материале 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 попадает на полированную грань, минимальный угол, под которым грань может отразить свет обратно в драгоценный камень, называется критическим углом . [3] Если луч света попадает на поверхность ниже этого угла, он покинет материал драгоценного камня вместо того, чтобы отразиться через драгоценный камень в виде блеска. Эти потерянные световые лучи иногда называют «утечкой света», а эффект, вызванный этим, называется «окнообразованием», поскольку область будет казаться прозрачной и без блеска. Это особенно распространено в плохо ограненных коммерческих драгоценных камнях. Драгоценные камни с более высоким показателем преломления, как правило, более востребованы, поскольку критический угол уменьшается по мере увеличения показателя преломления, что обеспечивает большее внутреннее отражение, поскольку меньше вероятность выхода света.
Эта машина использует пластину с приводом от двигателя для удержания точно плоского диска (известного как « круг ») для резки или полировки. Алмазные абразивы, связанные с металлом или смолой, обычно используются для резки кругов, а широкий спектр материалов используется для полировки кругов в сочетании с очень мелким алмазным порошком или полировальными составами на основе оксидов. Для резки обычно используется вода, в то время как для процесса полировки используется либо масло, либо вода.
Машина использует систему, обычно называемую «мачтой», которая состоит из считывателя угла, регулировки высоты и, как правило, шестерни (называемой «индексной шестерней») с определенным числом зубцов, используемой в качестве средства установки угла вращения. Углы вращения равномерно делятся на число зубцов, присутствующих на шестерне, хотя многие машины включают в себя дополнительные средства регулировки угла вращения с более мелкими приращениями, часто называемые «обманщиком». Камень прикреплен к (обычно металлическому) стержню, известному как «dop» или «dop stick», и удерживается на месте частью мачты, называемой «quill».
Легированный камень шлифуется под точными углами и индексами на режущих кругах с постепенно уменьшающейся зернистостью, а затем процесс повторяется в последний раз для полировки каждой грани. Точное повторение углов в процессе резки и полировки обеспечивается считыванием угла и индексной шестерней. Физический процесс полировки является предметом споров. Одна из общепринятых теорий заключается в том, что мелкие абразивные частицы полировальной пасты производят абразивы, меньшие, чем длина волны света, таким образом делая мельчайшие царапины невидимыми. Поскольку драгоценные камни имеют две стороны (корону и павильон), устройство, часто называемое «переносным приспособлением», используется для переворачивания камня так, чтобы каждая сторона могла быть разрезана и отполирована. [3]
Раскалывание основано на плоскостных слабостях химических связей в кристаллической структуре минерала. Если нанести резкий удар под правильным углом, камень может расколоться чисто. Хотя раскалывание иногда используется для разделения необработанных драгоценных камней на более мелкие части, оно никогда не используется для создания граней. Раскалывание алмазов когда-то было обычным делом, но поскольку риск повреждения камня слишком высок, часто получались нежелательные алмазные куски. Предпочтительным методом разделения алмазов на более мелкие части в настоящее время является распиливание . [2]
Более старый и примитивный тип ограночной машины, называемый машиной с косячным колышком, использовал деревянные палочки допа точной длины и систему «мачты», состоящую из пластины с тщательно размещенными в ней отверстиями. Поместив задний конец допа в одно из многочисленных отверстий, камень можно было ввести в притирку под точными углами. Для эффективной работы этих машин требовалось значительное мастерство. [3]
Другой метод огранки граней подразумевает использование цилиндров для создания изогнутых, вогнутых граней. Эта техника может производить множество необычных и художественных вариаций традиционного процесса огранки.
Многие кристаллы естественным образом растут в граненых формах. Например, обычная 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 Бравэ кристаллической структуры определяет набор возможных «плоскостей с низкой энергией», которые обычно являются плоскостями, на которых атомы плотно упакованы. Например, кубический кристалл может иметь плоскости с низкой энергией на гранях куба или на диагоналях. Плоскости являются низкоэнергетическими в том смысле, что если кристалл расколоть вдоль этих плоскостей, будет относительно мало разорванных связей и относительно небольшое увеличение энергии по сравнению с неразрушенным кристаллом. Эквивалентно, эти плоскости имеют низкую поверхностную энергию . Плоскости с самой низкой энергией будут образовывать самые большие грани, чтобы минимизировать общую термодинамическую свободную энергию кристалла. Если поверхностная энергия как функция плоскостей известна, равновесную форму кристалла можно найти с помощью построения Вульфа .
Условия роста , включая поверхность, на которой растет кристалл (подложка), могут изменить ожидаемую форму кристалла; например, если основание кристалла находится под напряжением от подложки, это может способствовать росту кристалла выше, а не наружу вдоль подложки. Поверхностная энергия, включая относительные энергии различных плоскостей, зависит от многих факторов, включая температуру, состав окружающей среды (например, влажность) и давление.