锯钻与磨钻有许多相似之处,但两者并不完全相同,且随着工艺与科技水平的不断提高也发生了许多变化。
锯钻过程的实质主要是通过在高速旋转的磷铜锯片上滚压钻粉,对钻石进行磨削来实现的,这点与古老的钢丝锯钻一致,然而不同的是锯钻并不是通过简单的磨削来将钻石分割开,而是利用钻石四面体结构易被拉力破坏的特性,将钻石沿(100)或(110)方向分割开。
通过对锯切后残留物的分析可以发现,它与磨钻产生的残留物基本一致,包括无定形碳与钻石微粉。而且通过对锯切面的观察,切面呈透明起伏状,与磨钻平面状态近似,这也是其原理与磨钻类似的证据之一,而锯切时需要滚压钻粉这一点也与磨钻时需要添加钻粉近似。
锯切后的残留物主要有:细小的钻石微粉颗粒(肉眼无法观测到)、无定形碳、钻石碎片。
与磨钻原理不同之处,首先在于锯钻时锯片与钻粉对钻石的压力很小,这源于工艺本身不能施加过大压力所致(压力过大将致使锯片形变,影响锯切质量)。其次钻粉的运动方式不同,磨钻时钻粉会嵌于铸铁磨盘内,与钻石是横向水平关系,运动方式以滑动摩擦为主。而锯钻时有部分钻粉微粒嵌于锯片上,另有部分微粒在锯片与钻石缝隙间滚动着,同时还夹杂着一小部分铜片上刮落的金属颗粒。两者间是纵向垂直关系,运动时滑动摩擦与滚动摩擦并存。最后基于前两点,决定了锯钻不能也不用像磨钻那样随意地变换钻石方向,找寻最顺或相对最理想的晶向对钻石进行加工,而需在符合工艺特点的前提下沿相对薄弱的位置进行切割。
所谓的工艺特点可认为是一种特定方向,理论上有两个可供锯切的方向,称为二尖与四尖。而依据这两个方向所实施的锯切则称为二尖锯切与四尖锯切,在原石设计方案中又称为二尖定向与四尖定向以及不适用锯切工艺的三尖定向。
二尖与四尖所指的是前者的锯切平面平行于(110)面网即菱形十二面体晶面,后者的锯切平面平行于(100)面网即立方体晶面。而三尖所指为(111)方向,是劈钻时八面体的中等—完全解理方向,这也是三尖不能成为锯切方向的原因(图7-3)。
针对变形较少的八面体、过渡形态以及菱形十二面体,基本采用四尖对称锯切或不对称锯切(也称对剖与借面剖)。对称锯切以晶顶为切入点,锯切面呈四边形。不对称锯切以晶棱为起始点,锯切面也呈四边形,但小于晶顶开锯的锯切面(同尺寸钻石)。当钻石为菱形十二面体时,对称锯切面依旧为四方形,不对称锯切面则为八边形。
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图7-3 四尖、三尖、二尖加工工艺示意图
此外,二尖锯切方案也可分为对称锯切与不对称锯切。八面体对称切入点为晶顶,锯切面平行于(100)呈四边形;不对称锯切切入点垂直晶棱,锯切面呈六边形(图7-4)。
图7-4 以八面体为例可锯开的方向:~四尖;二尖
除以上锯切方案外,还有一些锯切方案,比如立方体的锯切,以及大颗粒钻石的锯切,根据钻石的实际情况也可以多次锯切。然而随着设备与技术的不断提高,锯切已不再限于传统的二尖或四尖方向,激光锯钻已可以从任意位置对钻石进行锯切,也不必再审慎考虑结晶学特点。在不久的将来,激光锯钻将彻底代替传统的机械锯钻(图7-5、图7-6)。
图7-5 不对称锯切后的大钻
图7-6 一颗晶体多次锯切
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