刻面型宝石的加工
刻面型又称棱面型、翻光面型和小面型。它的特点是宝石由许许多多具一定几何形状的小面组成，形成一个规则的立体图案。
（一）刻面型宝石的琢型
刻面型宝石的琢型很多，其中最基本的有圆多面型、玫瑰型、阶梯型和混合型四大类。根据这四大基本琢型演化出的款式有上百种之多。由于这四类基本琢型是借鉴钻石的琢型而来的，与钻石的琢型完全相同，仅根据宝石的品种不同在加工过程中其角度有所变化而已，因此刻面型宝石的琢型参阅本章第一节中钻石的琢型即可。
需要说明的是：
1）玫瑰型琢型虽然有着优美的几何形状，但对于宝石的火彩和亮度都不利，因此现已少用，只偶见于小颗粒的扁平形钻石、锆石和石榴石切磨中。
2）阶梯型琢型中的祖母绿型主要用于祖母绿的切磨，也适合于所有透明的宝石，尤其是颜色美的有色宝石。在这种琢型中小面的数目和阶梯数并不是最重要的，因为颜色美放在了首要位置，而火彩则居于次要位置。所以除了用于钻石加工的阶梯型琢型，要求有严格的刻面大小、比例、冠角和亭角大小外，一般宝石的台面较大，冠部较薄，亭部较厚。
3）混合型琢型可使宝石的火彩、颜色和重量达到最佳效果，但由于加工复杂，不利于大批量生产，因此只局限于高档宝石的设计与琢磨。常见的款式是冠部为圆多面型、亭部为阶梯型。
4）近年来市场上流行的彩色宝石“千禧工”（图5-1-32（a）和“格仔工”（图5-1-32（b），也是由四大基本琢型演化而来的。它们在加工设备和比例上有所变化，款式较为新颖。其中“千禧工”的每个面是内凹的，具聚光作用，增强了宝石表面的明亮程度；“格仔工”有单面和双面之分，每个面为方形或菱形，简洁明快，富于现代气息。
图5-1-32 千禧工首饰（a）与格仔工首饰（b）
（二）刻面型宝石的设计
刻面型适用于所有无色和有色的透明宝石。刻面型宝石的设计与弧面型宝石的设计一样，需要完成对原石定名、了解宝石的内外部特征、分析原石和选择设计方案等步骤。针对具体刻面型宝石的设计可主要从颜色、重量、瑕疵和比例四个方面着手进行。
1.颜色的设计
宝石的颜色与厚度和粒度有关，因此在设计中可将色浅的原石设计为厚度大的琢型，如海蓝宝石多设计成祖母绿型，以增强色度。同样，将色深的原石设计为厚度小的琢型，如山东蓝宝石，若设计为阶梯式方片（冠部为祖母绿式，底为平面），则厚度较薄，色度就可以减弱。
另外，使用改进型的款式也可改善宝石的颜色。对于颜色较浅、折射率又低的宝石，如浅色的黄玉、水晶等，多选用垂直分主小面的改良圆钻型款式，利用亭部更多的小面同时反光来增强其光泽效果。对于色浅的紫晶、茶晶等，除选用阶梯型款式外，还可选用水平分主面的改良圆钻型款式或选用杂石型款式以增加宝石高度来达到加深颜色的效果（见图5-1-33）。对于深色宝石，如暗红色石榴石、山东蓝宝石等，选用圆钻型的改进型（即亭部高度适当减小），让其漏光以降低宝石颜色的浓度，从而使宝石颜色得以改善。
图5-1-33 颜色设计过程中的琢型处理
2.重量的设计
从原材料上切磨宝石，材料损失很大，如钻石，损失重量常在50%以上。有资料表明，山东蓝宝石的出成率仅为30%左右。重量的损失直接关系到商品的价值。因此，在体现宝石整体美的情况下，保重已成为宝石工匠的一个重要课题。
重量包括两方面含义，即单粒宝石的成品尽可能大和一块原料经加工后总出成率要高。以哪个为主要视具体情况而定。
对于低档宝石，一般以出成率为主。因为这时宝石的价格与重量成正比，而在原料加工过程中出成率越高则价格越高。对于高档宝石，单粒宝石的价格更大些。因为这类宝石的价格与重量不是成简单的正比关系，有时成指数关系，至于大的名贵宝石品种价格更是不可估量。
增加单粒宝石的重量有以下四种方法：
（1）增加腰部直径
（2）增加腰部厚度
（3）增加亭部深度
（4）改进原有宝石的款式
前三种方法如图5-1-34所示。第四种方法常为改宝石的台面平面为弧面，接受光线多，使宝石显得明亮，如“千禧工”和“格仔工”，但这类磨工的损耗较大，成本较高。
图5-1-34 增加宝石重量的三种途径
3.瑕疵和包体的设计
瑕疵、包体是影响宝石净度的主要因素。在宝石加工过程中，对包体和内部瑕疵要考虑六个因素：大小、数量、位置、颜色、轮廓和透明度。
在对瑕疵和包体的设计中，我们应采取以下措施：
1）对有颜色的包体和大的裂隙应在原石切割时去掉，方法是沿裂隙面将原石剖开。
2）在原石设计时，尽量了解瑕疵和包体的位置，并标记。
3）本着先去除大的瑕疵或包体、再去小的原则，对有隐患的裂隙，宁可减少款式尺寸，也要去除。
4）对实在无法去除的瑕疵或包体应尽量把它设计到不影响宝石美观的位置上，即在腰部附近不显眼的地方（见图5-1-35）。这里要注意的是：①宝石台面下的包体易被发现；②亭部的包体易被反射成多个影像，形成“满天星”；③祖母绿型款式任何位置的包体都易被发现，包括腰部，因此设计这种琢型应使用干净的原料。
图5-1-35 包体的处理位置
5）对于颜色鲜艳、形体规整、轮廓清晰、易于观察的包体可充分利用，如琥珀中的昆虫、水胆玛瑙、发晶等。
4.比例的设计
在刻面型琢型的设计中，要充分考虑台面大小、冠部角度、腰面厚度和亭部深度，才能使宝石切磨后的体色、亮度、火彩和闪耀程度达到最佳效果。
（1）台面大小的设计
台面大小是相对宝石的腰径而言的。对于有色宝石，台面大小影响着宝石的颜色、火彩、闪耀程度和重量。这里要强调的是，颜色包括色相、明度、彩度（饱和度）三个因素。其中颜色中的明度又称为“亮度”、“色耀度”，它与色散有关的“火彩”在设计中是一对矛盾，因为亮度是各色反射光和透射光线的总量，亮度强代表各单色光在宝石内的全反射都比较强，任何一种单色光的反射光量减少，都会使亮度减弱。而火彩的要求正好相反，它要求各单色光的反射不一致，某些单色光反射量要大些，某些要小些，这样才能显示出色散，即火彩。正是由于这种原因，亮度和火彩不可能同时达到最佳状态。因此我们在宝石比例设计中，追求的是它们的综合效果，是二者的一种折中，这种折中通常被称为闪耀程度。搞清上述关系后，对我们的比例设计是很有帮助的。
对于色散效应强的宝石，如钻石、锆石等，设计时应使台面相应减小，因色散区主要集中在冠部的斜面区域。台面减小，会使冠部的斜面区域增大，光线将以不同的折射角从亭部反射。但无限度的减小，色散虽有所增强，宝石的亮度却会大打折扣，而且这样做对宝石的重量也没有好处。对宝石颜色较暗的可使台面增大得到改善，因为这样可以透过更多的光，但台面超过腰部直径的2/3时，从台面反射的光线将会抑制斜面区的光线，产生“晕”反射效应，宝石显得呆板。
（2）冠部角度的设计
冠部角度是指冠部主刻面与腰平面所夹的锐角。在腰径一定时，其大小由台面和冠高来决定。
在腰径和冠高不变的情况下，冠部角度的变化效果是一样的，冠部角度增大，台面增大，冠部角度减小，台面减小。
根据宝石的折射率计算或从《宝石折光率同临界角相关曲线图》上可查得刻面宝石冠部的角度，具体计算公式如下：
β＝8×（45°－a）
式中：β—冠角，单位：度；α—亭角，单位：度。
冠部角度确定后，星刻面和上腰面的角度根据下列关系求得：
星刻面角度＝冠部角度－（12°～7°）
上腰面角度＝冠部角度＋（5°～9°）
（3）腰部厚度的设计
腰部是宝石的镶嵌边，其厚度直接影响着宝石的重量和完美。太薄易导致腰部破损，太厚会产生模糊的灰色反射。就标准圆钻型的款式来说，腰边由16段厚薄相间的曲线组成，其腰部厚度按下式变化：
{δ}mm={a}+{b}mm2/{D}mm
式中：δ—腰部厚度；D—腰面直径；a—经验系数，为0.017mm;b—经验系数，为0.05～0.08mm2。
（4）亭部角度的设计
亭部角度是指亭部主刻面与腰平面所夹的锐角，其大小由腰径和亭深来决定。
亭角对宝石闪耀的影响是很大的，因为正确的亭角，可将尽可能多的光线从亭部小面反射出来，以产生最大的亮度（如图5-1-36（a）。
如果宝石的亭角小于正常变化范围，则亭部深度减小，进入宝石的光线会从亭部漏失，从台面向下观察，中心会出现“窗”，即鱼眼效应（如图5-1-36（b）。
如果宝石的亭角大于正常变化范围，则亭部深度加大，进入宝石的光线，同样从亭部漏失，从台面向下观察，中心处变暗，产生“钉头”效应或黑底效应（如图5-1-36（c）。
图5-1-36 宝石的光路示意图
（a）理想加工；（b）厚度偏小（鱼眼效应）；（c）厚度偏大（黑底效应）
美国宝石学家E.S.Love描述的二维石亭角的计算公式如下：
若
若
式中：a—亭部主角，φ—介质的临界角，单位均为度。
对钻石而言，亭角约为40°，但对于其他宝石，这个角度根据折射率而变化。一般说来，折射率越低，宝石的亭角就应越大，也就是亭部越深，以便产生内反射，增大闪耀度。
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
续表
（三）刻面型琢型的定位和定向
刻面型宝石虽然没有弧面型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、火彩及闪耀程度，也需要对它进行定位。刻面型宝石的定位主要是对台面的定位，方法如下。
1.多色性明显的宝石
非均质宝石具有多色性，大部分宝石的多色性并不明显，因而在设计定位时可不予考虑。多色性明显的宝石，常见的有红宝石、蓝宝石、碧玺和坦桑石等，在设计中有一个定向定位的问题。定向和定位对不同宝石是不同的，要视具体情况而定。如蓝宝石，一般从平行结晶轴（Z轴）方向上观察颜色为蓝色，而从垂直Z轴的方向上观察常显示出一定的黄绿色，设计时通常把琢型的台面选在与晶体Z轴垂直的方向，这样可获得较柔和的蓝色。又如绿色碧玺，一般从垂直Z轴的方向上观察颜色为鲜明的绿色或蓝绿色，而从平行Z轴的方向上观察常显示深棕绿色或深橄榄绿色，设计时通常把琢型的台面选在与晶体Z轴平行的方向（见图5-1-37）。但是，如果碧玺的颜色极浅，有时又不得不选用垂直Z轴的方向为台面，这样可增加颜色的深度。
图5-1-37 蓝宝石台面的定位（a）和绿色碧玺台面的定位（b）
2.无多色性或多色性不明显的宝石
由于这类宝石在各个方向上颜色无变化或变化极小，因此在设计时应充分考虑最大限度地利用宝石。保证成品大的一个方法是，台面平行于对角线平面（见图5-1-38）。常用这种方法确定台面位置的宝石有石榴石、尖晶石、水晶等。
图5-1-38 无多色性或多色性不明显的宝石的台面定位
3.具有色带、色区、色团和色斑现象的宝石
有些宝石，常见晶体中颜色分布不均匀，如蓝宝石中的色带、紫晶中的色斑、碧玺中的色区等。如果台面方向确定不当，就可能造成其成品从台面观察时颜色分布不匀的现象，从而影响其商品价值。
对于蓝宝石的色带，通常把它放在靠近宝石腰部且平行于台面的位置，这样，色带的颜色通过宝石内光线的多次反射、折射，在顶面可展现均、正、浓的蓝色。
对于紫晶的色团、色斑，通常把它放在宝石台面正下方的中央区域，即放在冠部、腰部或亭部，使之从顶面观察颜色较均匀。如果色斑很小，最好把它放在亭部的尖角处，通过光线的反射、折射，使原本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 色团和色斑的处理
对于碧玺的色区应酌情处理，如果色区无规律，采用上述两种方法放置色区，如色区排列有序且颜色鲜艳，可采用如图5-1-40的方法定位台面。
4.具解理的宝石
对解理发育的宝石来说，在原料切割上非常方便，但对于宝石加工的抛光工序来说，就较困难，而且易产生热使台面破裂，因此在原石定位上应避免台面平行于解理面，可使台面与解理面成5°～10°（或80°～85°）的角度或与纵轴平行来定向。如果原石的解理数较多，其走向原则上应避免台面平行于解理最发育的一组（见图5-1-41）。
图5-1-40 多色碧玺台面的定位
图5-1-41 具解理宝石的台面定位
（四）刻面型宝石的选料
习惯上把透明度作为是否采用刻面型琢型的重要尺度，对于比较透明的宝石多采用刻面型琢型，对不透明的宝石多采用弧面型琢型或其他琢型。对刻面型宝石原料的选择要比弧面型严格得多，因刻面型的原料价格较高，如果选择不当，损失会很大。根据外表很难推断宝石质量如何，宝石的价值常不仅在于外表美观，更须内部质地良好。
首先要检查原料的色彩性质及其分布状况。许多宝石有极明显的多色性、色区或色带，如果将其合理地进行定位，则可使宝石身价倍增。
其次要检查原料的形状。许多原料是很薄的片状或多锯齿状，这不利于原料的利用，对出成率影响很大。形状规则的宝石晶体，是宝石工匠乐于接受的。如电气石常呈细长铅笔状，断口似三角形。这很接近于祖母绿式的切割款式，因此切磨时极少损失。石榴石晶体常呈浑圆球状，这有利于加工成圆钻型款式。
再次要检查原料内部的瑕疵、绺裂的多少及分布。选料时，应从各个角度加以检查，想象出沿裂痕切割后的原料形状及大小。若估计损失量可能超过60%以上，则在选料时要慎重。另外还要对裂痕的性质加以了解。天然裂痕常因铁质污染外观呈暗褐色或黑色的细丝，而因锤击损伤留下的许多小裂痕，含有空气而显白色，对于这类料的选择更要慎重。因为其中可能还会暗藏许多裂痕。所以在宝石加工行业中害怕小裂，不怕大裂。
最后要检查原料的重量，宝石原料不能太小，太小不利于加工和镶嵌，对不同宝石的重量要求不同。一般要求在0.6ct以上，对于群镶的宝石可降至0.1ct以上。对于宝石晶体而言，要求粒径大于5mm，珍贵者可在3mm以上。
适用于刻面型宝石材料的种类很多，常见的有：钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、海蓝宝石、变石、碧玺、长石、水晶、黄玉、橄榄石、尖晶石、石榴石等。
（五）刻面型宝石的加工工艺流程
刻面型宝石的加工工艺要比弧面型宝石复杂得多，分为九道工序：出坯、上杆、圈形、冠部研磨、冠部抛光、（翻转宝石）上杆、亭部研磨、亭部抛光、后期处理。
1.出坯
出坯是指把原料切割成小块料，然后用修理锯切割出宝石款式的雏形。切割所用的锯片为薄铁板制成，直径为100～150mm，厚度为0.3～0.5mm，其外缘刻有300多条小沟槽，小沟槽内嵌入100～120目金刚石粉末。具体操作步骤如下：
1）清理载石台，打开切割机和冷却水。
2）切除原料的外皮（无外皮的可直接进入下一步骤）。手持原料，用力均衡地把原料推入锯片，刚进料时，速度要慢，中途在进料畅通时加快速度，当料快切完时，放慢速度，以免崩口。
3）沿较深的裂纹切割原料。这样可得到大大小小不等的毛坯。
4）仔细观察毛坯，对不易观察到的绵裂用墨线标记位置，避免设计到宝石款式的轮廓线内。
5）若感粒度仍很大，则需进一步分料，要求切出的毛坯大粒多，小粒少，切除边角废料少，而且毛坯大小是可以被宝石款式接受的。
6）宝石毛坯分为规则形和不规则形。规则形毛坯（立方体、四方棱柱体）可用切割机沿对面一分为二，或平行对角面分为一大一小两部分。所得截面为正方形或长方形。正方形适合于加工成圆形、六边形、八边形及方形的琢型。长方形适合于加工成椭圆形、阶梯形、橄榄形等琢型。
不规则形毛坯应多切割成倒锥体，且锥体的高度应大于顶面长边的一半，这有利于款式设计。若锥体顶面为近正多边形，则毛坯可设计成圆形、方形等琢型；若锥体为近船体的形状，则毛坯可设计成椭圆形、阶梯形等琢型；若锥体顶面为一头大、一头小，则毛坯可设计成水滴形或心形等琢型；若锥体顶面长远远大于宽，则毛坯可设计成橄榄形等琢型。
以上是中低档宝石的出坯过程，对于较高档的宝石是不宜切割成小块的，除非宝石原料有严重的绵、裂等瑕疵。对高档宝石应本着简单去除边角料，达到初步出坯的结果。
2.上杆
上杆是指用胶把毛坯和粘杆粘结在一起。刻面型宝石的上杆，要比凸面型宝石复杂得多，这是因为刻面型宝石在磨制过程中需要更精确的角度。
粘杆主要用黄铜材料制成，也有用铁质材料的，长度一般为100～150mm，粘杆的粘结端有多种形状，以便粘结不同琢型的宝石（见图5-1-42）。胶一般用黑火漆胶或红火漆胶。
图5-1-42 粘杆
上杆的具体操作步骤如下：
1）将粘杆和宝石毛坯的表面洗净。
2）把胶弄碎，放于火烧杯中，用酒精灯加热至熔融。
3）把粘杆的粘结端加热，再加热毛坯，受热要均匀，如果毛坯怕热，则用石棉网隔开加热。
4）用胶把粘杆和毛坯粘结在一起，趁胶未完全凝固时，纠正角度。要求毛坯的中心线与粘杆轴线重合，顶面与粘杆重合，待自然冷却。
以上所介绍的上杆过程是对有经验的宝石工匠而言的，对于初学者来说，为了能使毛坯的角度达到精确，应借助杆粘接架。其结构和方法在此不再赘述。
3.圈形（后面的工序都以黄玉的标准圆钻型为例）
圈形是指圈磨出宝石的腰部形状和冠部的基本弧面，圈形时所用的磨具粒度为180＃～220＃。在圈腰部形状时，要确保粘杆轴线与磨盘面平行，这样才能使毛坯的顶面垂直于腰面。在圈冠部的基本弧面时，弧度要小，即弧面与粘杆的夹角要小。弧面的曲率要一致，否则会影响到冠部的刻面研磨。磨制方法见图5-1-43。
图5-1-43 宝石冠部的圈形
4.冠部的研磨
冠部研磨是指用宝石刻磨机带动毛坯在磨盘上磨出不同角度的小面，宝石刻磨机一般使用八角手刻磨机和机械手刻磨机。磨盘一般为150mm直径的金刚石磨盘，磨粒的粒度一般为600目。具体操作步骤如下：
1）打开研磨机和冷却水。
2）把带毛坯的粘杆安装到45°块上，再把45。块安装到宝石刻磨机上，使台面朝下，平行于磨盘，然后将宝石的台面磨平（见图5-1-44）。
图5-1-44 用45°块研磨冠部台面
3）卸下45°块，把带有毛坯的粘杆直接安装到宝石刻模机上（以八角手刻磨机为例），调节主机平台，使宝石与磨盘呈40°接触，并调节“八角手”到l孔位，通过八角手八条边在平台上的转动，可磨出冠部的八个主面。此时主面大小要一样，台面直径要达到腰直径的50%～60%。
4）提升主机平台，使毛坯与磨盘成23°，调节“八角手”到2孔位，通过八边的转动可磨出冠部的八个星小面。此时星小面与主面刚好构成两个正方形。
5）下降主机平台，使毛坯与磨盘成46°，调节“八角手”到3孔位，通过八边的转动，可磨出冠部左边的八个腰面。
6）保持平台不动，调节“八角手”到4孔位，通过八边的转动，可磨出冠部右边的八个腰面。此时冠部研磨完毕，这里要注意的是在研磨过程中，宝石与磨盘的接触要轻，用力适当，并不断观察磨削进度。
5.冠部的抛光
抛光所用的抛光盘一般为紫铜盘，抛光剂为钻石粉。具体操作步骤如下：
1）将磨盘取下，换上抛光盘，开机，涂上少量抛光剂。
2）用粘油法找到合适的角度，此角度要与研磨时的角度绝对吻合，否则会有多余小面出现。抛光顺序为先抛光星小面，然后抛光主面，最后抛光腰小面。
3）换上45。块，用上述粘油法，抛光宝石台面。
6.上杆
冠部研磨和抛光完毕后，将宝石坯料在酒精灯上加热，然后取下宝石坯料，掉转方向，将冠部粘结于一平头粘杆上。方法参见第2个工序。
7.亭部的研磨
具体操作步骤如下：
1）将粘杆安装到八角手上。
2）调节主机平台，使毛坯与磨盘成40°，选用八角手的1孔位，通过八边的转动，可磨出亭部的八个主面。
3）下降主机平台，使毛坯与磨盘成43°，选用八角手的3孔位，通过八边的转动，可磨出亭部左边的八个腰小面。腰小面的长度应为亭部主面长度的2/3。
4）保持平台不动，选用八角手的4孔位，同理，可磨出亭部右边的八个腰小面。
8.亭部的抛光
亭部抛光的方法与冠部抛光一样。顺序是先抛8个亭部主面，再抛16个腰小面。
9.后期处理
具体操作步骤如下：
1）若怕亭部的底尖破损，可在亭部底尖处磨一个小平面，研磨与抛光的方法同前。
2）腰部抛光 为了宝石的整体美，可对腰部进行抛光。
3）拆胶处理 把宝石和粘杆用酒精灯加热，使胶融化，拧下宝石。
4）清洗处理 把带有胶的宝石和粘杆分别放入酒精中，待胶溶解后，把宝石和粘杆取出，用清水洗净。
至此，刻面型宝石的加工完毕。