刻面型寶石的加工
刻面型又稱棱面型、翻光面型和小面型。它的特點是寶石由許許多多具壹定幾何形狀的小面組成，形成壹個規則的立體圖案。
（壹）刻面型寶石的琢型
刻面型寶石的琢型很多，其中最基本的有圓多面型、玫瑰型、階梯型和混合型四大類。根據這四大基本琢型演化出的款式有上百種之多。由於這四類基本琢型是借鑒鉆石的琢型而來的，與鉆石的琢型完全相同，僅根據寶石的品種不同在加工過程中其角度有所變化而已，因此刻面型寶石的琢型參閱本章第壹節中鉆石的琢型即可。
需要說明的是：
1）玫瑰型琢型雖然有著優美的幾何形狀，但對於寶石的火彩和亮度都不利，因此現已少用，只偶見於小顆粒的扁平形鉆石、鋯石和石榴石切磨中。
2）階梯型琢型中的祖母綠型主要用於祖母綠的切磨，也適合於所有透明的寶石，尤其是顏色美的有色寶石。在這種琢型中小面的數目和階梯數並不是最重要的，因為顏色美放在了首要位置，而火彩則居於次要位置。所以除了用於鉆石加工的階梯型琢型，要求有嚴格的刻面大小、比例、冠角和亭角大小外，壹般寶石的臺面較大，冠部較薄，亭部較厚。
3）混合型琢型可使寶石的火彩、顏色和重量達到最佳效果，但由於加工復雜，不利於大批量生產，因此只局限於高檔寶石的設計與琢磨。常見的款式是冠部為圓多面型、亭部為階梯型。
4）近年來市場上流行的彩色寶石“千禧工”（圖5-1-32（a）和“格仔工”（圖5-1-32（b），也是由四大基本琢型演化而來的。它們在加工設備和比例上有所變化，款式較為新穎。其中“千禧工”的每個面是內凹的，具聚光作用，增強了寶石表面的明亮程度；“格仔工”有單面和雙面之分，每個面為方形或菱形，簡潔明快，富於現代氣息。
圖5-1-32 千禧工首飾（a）與格仔工首飾（b）
（二）刻面型寶石的設計
刻面型適用於所有無色和有色的透明寶石。刻面型寶石的設計與弧面型寶石的設計壹樣，需要完成對原石定名、了解寶石的內外部特征、分析原石和選擇設計方案等步驟。針對具體刻面型寶石的設計可主要從顏色、重量、瑕疵和比例四個方面著手進行。
1.顏色的設計
寶石的顏色與厚度和粒度有關，因此在設計中可將色淺的原石設計為厚度大的琢型，如海藍寶石多設計成祖母綠型，以增強色度。同樣，將色深的原石設計為厚度小的琢型，如山東藍寶石，若設計為階梯式方片（冠部為祖母綠式，底為平面），則厚度較薄，色度就可以減弱。
另外，使用改進型的款式也可改善寶石的顏色。對於顏色較淺、折射率又低的寶石，如淺色的黃玉、水晶等，多選用垂直分主小面的改良圓鉆型款式，利用亭部更多的小面同時反光來增強其光澤效果。對於色淺的紫晶、茶晶等，除選用階梯型款式外，還可選用水平分主面的改良圓鉆型款式或選用雜石型款式以增加寶石高度來達到加深顏色的效果（見圖5-1-33）。對於深色寶石，如暗紅色石榴石、山東藍寶石等，選用圓鉆型的改進型（即亭部高度適當減小），讓其漏光以降低寶石顏色的濃度，從而使寶石顏色得以改善。
圖5-1-33 顏色設計過程中的琢型處理
2.重量的設計
從原材料上切磨寶石，材料損失很大，如鉆石，損失重量常在50%以上。有資料表明，山東藍寶石的出成率僅為30%左右。重量的損失直接關系到商品的價值。因此，在體現寶石整體美的情況下，保重已成為寶石工匠的壹個重要課題。
重量包括兩方面含義，即單粒寶石的成品盡可能大和壹塊原料經加工後總出成率要高。以哪個為主要視具體情況而定。
對於低檔寶石，壹般以出成率為主。因為這時寶石的價格與重量成正比，而在原料加工過程中出成率越高則價格越高。對於高檔寶石，單粒寶石的價格更大些。因為這類寶石的價格與重量不是成簡單的正比關系，有時成指數關系，至於大的名貴寶石品種價格更是不可估量。
增加單粒寶石的重量有以下四種方法：
（1）增加腰部直徑
（2）增加腰部厚度
（3）增加亭部深度
（4）改進原有寶石的款式
前三種方法如圖5-1-34所示。第四種方法常為改寶石的臺面平面為弧面，接受光線多，使寶石顯得明亮，如“千禧工”和“格仔工”，但這類磨工的損耗較大，成本較高。
圖5-1-34 增加寶石重量的三種途徑
3.瑕疵和包體的設計
瑕疵、包體是影響寶石凈度的主要因素。在寶石加工過程中，對包體和內部瑕疵要考慮六個因素：大小、數量、位置、顏色、輪廓和透明度。
在對瑕疵和包體的設計中，我們應采取以下措施：
1）對有顏色的包體和大的裂隙應在原石切割時去掉，方法是沿裂隙面將原石剖開。
2）在原石設計時，盡量了解瑕疵和包體的位置，並標記。
3）本著先去除大的瑕疵或包體、再去小的原則，對有隱患的裂隙，寧可減少款式尺寸，也要去除。
4）對實在無法去除的瑕疵或包體應盡量把它設計到不影響寶石美觀的位置上，即在腰部附近不顯眼的地方（見圖5-1-35）。這裏要註意的是：①寶石臺面下的包體易被發現；②亭部的包體易被反射成多個影像，形成“滿天星”；③祖母綠型款式任何位置的包體都易被發現，包括腰部，因此設計這種琢型應使用幹凈的原料。
圖5-1-35 包體的處理位置
5）對於顏色鮮艷、形體規整、輪廓清晰、易於觀察的包體可充分利用，如琥珀中的昆蟲、水膽瑪瑙、發晶等。
4.比例的設計
在刻面型琢型的設計中，要充分考慮臺面大小、冠部角度、腰面厚度和亭部深度，才能使寶石切磨後的體色、亮度、火彩和閃耀程度達到最佳效果。
（1）臺面大小的設計
臺面大小是相對寶石的腰徑而言的。對於有色寶石，臺面大小影響著寶石的顏色、火彩、閃耀程度和重量。這裏要強調的是，顏色包括色相、明度、彩度（飽和度）三個因素。其中顏色中的明度又稱為“亮度”、“色耀度”，它與色散有關的“火彩”在設計中是壹對矛盾，因為亮度是各色反射光和透射光線的總量，亮度強代表各單色光在寶石內的全反射都比較強，任何壹種單色光的反射光量減少，都會使亮度減弱。而火彩的要求正好相反，它要求各單色光的反射不壹致，某些單色光反射量要大些，某些要小些，這樣才能顯示出色散，即火彩。正是由於這種原因，亮度和火彩不可能同時達到最佳狀態。因此我們在寶石比例設計中，追求的是它們的綜合效果，是二者的壹種折中，這種折中通常被稱為閃耀程度。搞清上述關系後，對我們的比例設計是很有幫助的。
對於色散效應強的寶石，如鉆石、鋯石等，設計時應使臺面相應減小，因色散區主要集中在冠部的斜面區域。臺面減小，會使冠部的斜面區域增大，光線將以不同的折射角從亭部反射。但無限度的減小，色散雖有所增強，寶石的亮度卻會大打折扣，而且這樣做對寶石的重量也沒有好處。對寶石顏色較暗的可使臺面增大得到改善，因為這樣可以透過更多的光，但臺面超過腰部直徑的2/3時，從臺面反射的光線將會抑制斜面區的光線，產生“暈”反射效應，寶石顯得呆板。
（2）冠部角度的設計
冠部角度是指冠部主刻面與腰平面所夾的銳角。在腰徑壹定時，其大小由臺面和冠高來決定。
在腰徑和冠高不變的情況下，冠部角度的變化效果是壹樣的，冠部角度增大，臺面增大，冠部角度減小，臺面減小。
根據寶石的折射率計算或從《寶石折光率同臨界角相關曲線圖》上可查得刻面寶石冠部的角度，具體計算公式如下：
β＝8×（45°－a）
式中：β—冠角，單位：度；α—亭角，單位：度。
冠部角度確定後，星刻面和上腰面的角度根據下列關系求得：
星刻面角度＝冠部角度－（12°～7°）
上腰面角度＝冠部角度＋（5°～9°）
（3）腰部厚度的設計
腰部是寶石的鑲嵌邊，其厚度直接影響著寶石的重量和完美。太薄易導致腰部破損，太厚會產生模糊的灰色反射。就標準圓鉆型的款式來說，腰邊由16段厚薄相間的曲線組成，其腰部厚度按下式變化：
{δ}mm={a}+{b}mm2/{D}mm
式中：δ—腰部厚度；D—腰面直徑；a—經驗系數，為0.017mm;b—經驗系數，為0.05～0.08mm2。
（4）亭部角度的設計
亭部角度是指亭部主刻面與腰平面所夾的銳角，其大小由腰徑和亭深來決定。
亭角對寶石閃耀的影響是很大的，因為正確的亭角，可將盡可能多的光線從亭部小面反射出來，以產生最大的亮度（如圖5-1-36（a）。
如果寶石的亭角小於正常變化範圍，則亭部深度減小，進入寶石的光線會從亭部漏失，從臺面向下觀察，中心會出現“窗”，即魚眼效應（如圖5-1-36（b）。
如果寶石的亭角大於正常變化範圍，則亭部深度加大，進入寶石的光線，同樣從亭部漏失，從臺面向下觀察，中心處變暗，產生“釘頭”效應或黑底效應（如圖5-1-36（c）。
圖5-1-36 寶石的光路示意圖
（a）理想加工；（b）厚度偏小（魚眼效應）；（c）厚度偏大（黑底效應）
美國寶石學家E.S.Love描述的二維石亭角的計算公式如下：
若
若
式中：a—亭部主角，φ—介質的臨界角，單位均為度。
對鉆石而言，亭角約為40°，但對於其他寶石，這個角度根據折射率而變化。壹般說來，折射率越低，寶石的亭角就應越大，也就是亭部越深，以便產生內反射，增大閃耀度。
常見寶石的臨界角、冠角、亭角見表5-1-4。
表5-1-4 常見寶石的冠角和亭角
續表
（三）刻面型琢型的定位和定向
刻面型寶石雖然沒有弧面型寶石的貓眼效應和星光效應，但為了更好地體現透明寶石的體色、亮度、火彩及閃耀程度，也需要對它進行定位。刻面型寶石的定位主要是對臺面的定位，方法如下。
1.多色性明顯的寶石
非均質寶石具有多色性，大部分寶石的多色性並不明顯，因而在設計定位時可不予考慮。多色性明顯的寶石，常見的有紅寶石、藍寶石、碧璽和坦桑石等，在設計中有壹個定向定位的問題。定向和定位對不同寶石是不同的，要視具體情況而定。如藍寶石，壹般從平行結晶軸（Z軸）方向上觀察顏色為藍色，而從垂直Z軸的方向上觀察常顯示出壹定的黃綠色，設計時通常把琢型的臺面選在與晶體Z軸垂直的方向，這樣可獲得較柔和的藍色。又如綠色碧璽，壹般從垂直Z軸的方向上觀察顏色為鮮明的綠色或藍綠色，而從平行Z軸的方向上觀察常顯示深棕綠色或深橄欖綠色，設計時通常把琢型的臺面選在與晶體Z軸平行的方向（見圖5-1-37）。但是，如果碧璽的顏色極淺，有時又不得不選用垂直Z軸的方向為臺面，這樣可增加顏色的深度。
圖5-1-37 藍寶石臺面的定位（a）和綠色碧璽臺面的定位（b）
2.無多色性或多色性不明顯的寶石
由於這類寶石在各個方向上顏色無變化或變化極小，因此在設計時應充分考慮最大限度地利用寶石。保證成品大的壹個方法是，臺面平行於對角線平面（見圖5-1-38）。常用這種方法確定臺面位置的寶石有石榴石、尖晶石、水晶等。
圖5-1-38 無多色性或多色性不明顯的寶石的臺面定位
3.具有色帶、色區、色團和色斑現象的寶石
有些寶石，常見晶體中顏色分布不均勻，如藍寶石中的色帶、紫晶中的色斑、碧璽中的色區等。如果臺面方向確定不當，就可能造成其成品從臺面觀察時顏色分布不勻的現象，從而影響其商品價值。
對於藍寶石的色帶，通常把它放在靠近寶石腰部且平行於臺面的位置，這樣，色帶的顏色通過寶石內光線的多次反射、折射，在頂面可展現均、正、濃的藍色。
對於紫晶的色團、色斑，通常把它放在寶石臺面正下方的中央區域，即放在冠部、腰部或亭部，使之從頂面觀察顏色較均勻。如果色斑很小，最好把它放在亭部的尖角處，通過光線的反射、折射，使原本無色的折射光變成有色光，達到增色的效果（見圖5-1-39）。
圖5-1-39 色團和色斑的處理
對於碧璽的色區應酌情處理，如果色區無規律，采用上述兩種方法放置色區，如色區排列有序且顏色鮮艷，可采用如圖5-1-40的方法定位臺面。
4.具解理的寶石
對解理發育的寶石來說，在原料切割上非常方便，但對於寶石加工的拋光工序來說，就較困難，而且易產生熱使臺面破裂，因此在原石定位上應避免臺面平行於解理面，可使臺面與解理面成5°～10°（或80°～85°）的角度或與縱軸平行來定向。如果原石的解理數較多，其走向原則上應避免臺面平行於解理最發育的壹組（見圖5-1-41）。
圖5-1-40 多色碧璽臺面的定位
圖5-1-41 具解理寶石的臺面定位
（四）刻面型寶石的選料
習慣上把透明度作為是否采用刻面型琢型的重要尺度，對於比較透明的寶石多采用刻面型琢型，對不透明的寶石多采用弧面型琢型或其他琢型。對刻面型寶石原料的選擇要比弧面型嚴格得多，因刻面型的原料價格較高，如果選擇不當，損失會很大。根據外表很難推斷寶石質量如何，寶石的價值常不僅在於外表美觀，更須內部質地良好。
首先要檢查原料的色彩性質及其分布狀況。許多寶石有極明顯的多色性、色區或色帶，如果將其合理地進行定位，則可使寶石身價倍增。
其次要檢查原料的形狀。許多原料是很薄的片狀或多鋸齒狀，這不利於原料的利用，對出成率影響很大。形狀規則的寶石晶體，是寶石工匠樂於接受的。如電氣石常呈細長鉛筆狀，斷口似三角形。這很接近於祖母綠式的切割款式，因此切磨時極少損失。石榴石晶體常呈渾圓球狀，這有利於加工成圓鉆型款式。
再次要檢查原料內部的瑕疵、綹裂的多少及分布。選料時，應從各個角度加以檢查，想象出沿裂痕切割後的原料形狀及大小。若估計損失量可能超過60%以上，則在選料時要慎重。另外還要對裂痕的性質加以了解。天然裂痕常因鐵質汙染外觀呈暗褐色或黑色的細絲，而因錘擊損傷留下的許多小裂痕，含有空氣而顯白色，對於這類料的選擇更要慎重。因為其中可能還會暗藏許多裂痕。所以在寶石加工行業中害怕小裂，不怕大裂。
最後要檢查原料的重量，寶石原料不能太小，太小不利於加工和鑲嵌，對不同寶石的重量要求不同。壹般要求在0.6ct以上，對於群鑲的寶石可降至0.1ct以上。對於寶石晶體而言，要求粒徑大於5mm，珍貴者可在3mm以上。
適用於刻面型寶石材料的種類很多，常見的有：鉆石、紅寶石、藍寶石、祖母綠、海藍寶石、變石、碧璽、長石、水晶、黃玉、橄欖石、尖晶石、石榴石等。
（五）刻面型寶石的加工工藝流程
刻面型寶石的加工工藝要比弧面型寶石復雜得多，分為九道工序：出坯、上桿、圈形、冠部研磨、冠部拋光、（翻轉寶石）上桿、亭部研磨、亭部拋光、後期處理。
1.出坯
出坯是指把原料切割成小塊料，然後用修理鋸切割出寶石款式的雛形。切割所用的鋸片為薄鐵板制成，直徑為100～150mm，厚度為0.3～0.5mm，其外緣刻有300多條小溝槽，小溝槽內嵌入100～120目金剛石粉末。具體操作步驟如下：
1）清理載石臺，打開切割機和冷卻水。
2）切除原料的外皮（無外皮的可直接進入下壹步驟）。手持原料，用力均衡地把原料推入鋸片，剛進料時，速度要慢，中途在進料暢通時加快速度，當料快切完時，放慢速度，以免崩口。
3）沿較深的裂紋切割原料。這樣可得到大大小小不等的毛坯。
4）仔細觀察毛坯，對不易觀察到的綿裂用墨線標記位置，避免設計到寶石款式的輪廓線內。
5）若感粒度仍很大，則需進壹步分料，要求切出的毛坯大粒多，小粒少，切除邊角廢料少，而且毛坯大小是可以被寶石款式接受的。
6）寶石毛坯分為規則形和不規則形。規則形毛坯（立方體、四方棱柱體）可用切割機沿對面壹分為二，或平行對角面分為壹大壹小兩部分。所得截面為正方形或長方形。正方形適合於加工成圓形、六邊形、八邊形及方形的琢型。長方形適合於加工成橢圓形、階梯形、橄欖形等琢型。
不規則形毛坯應多切割成倒錐體，且錐體的高度應大於頂面長邊的壹半，這有利於款式設計。若錐體頂面為近正多邊形，則毛坯可設計成圓形、方形等琢型；若錐體為近船體的形狀，則毛坯可設計成橢圓形、階梯形等琢型；若錐體頂面為壹頭大、壹頭小，則毛坯可設計成水滴形或心形等琢型；若錐體頂面長遠遠大於寬，則毛坯可設計成橄欖形等琢型。
以上是中低檔寶石的出坯過程，對於較高檔的寶石是不宜切割成小塊的，除非寶石原料有嚴重的綿、裂等瑕疵。對高檔寶石應本著簡單去除邊角料，達到初步出坯的結果。
2.上桿
上桿是指用膠把毛坯和粘桿粘結在壹起。刻面型寶石的上桿，要比凸面型寶石復雜得多，這是因為刻面型寶石在磨制過程中需要更精確的角度。
粘桿主要用黃銅材料制成，也有用鐵質材料的，長度壹般為100～150mm，粘桿的粘結端有多種形狀，以便粘結不同琢型的寶石（見圖5-1-42）。膠壹般用黑火漆膠或紅火漆膠。
圖5-1-42 粘桿
上桿的具體操作步驟如下：
1）將粘桿和寶石毛坯的表面洗凈。
2）把膠弄碎，放於火燒杯中，用酒精燈加熱至熔融。
3）把粘桿的粘結端加熱，再加熱毛坯，受熱要均勻，如果毛坯怕熱，則用石棉網隔開加熱。
4）用膠把粘桿和毛坯粘結在壹起，趁膠未完全凝固時，糾正角度。要求毛坯的中心線與粘桿軸線重合，頂面與粘桿重合，待自然冷卻。
以上所介紹的上桿過程是對有經驗的寶石工匠而言的，對於初學者來說，為了能使毛坯的角度達到精確，應借助桿粘接架。其結構和方法在此不再贅述。
3.圈形（後面的工序都以黃玉的標準圓鉆型為例）
圈形是指圈磨出寶石的腰部形狀和冠部的基本弧面，圈形時所用的磨具粒度為180＃～220＃。在圈腰部形狀時，要確保粘桿軸線與磨盤面平行，這樣才能使毛坯的頂面垂直於腰面。在圈冠部的基本弧面時，弧度要小，即弧面與粘桿的夾角要小。弧面的曲率要壹致，否則會影響到冠部的刻面研磨。磨制方法見圖5-1-43。
圖5-1-43 寶石冠部的圈形
4.冠部的研磨
冠部研磨是指用寶石刻磨機帶動毛坯在磨盤上磨出不同角度的小面，寶石刻磨機壹般使用八角手刻磨機和機械手刻磨機。磨盤壹般為150mm直徑的金剛石磨盤，磨粒的粒度壹般為600目。具體操作步驟如下：
1）打開研磨機和冷卻水。
2）把帶毛坯的粘桿安裝到45°塊上，再把45。塊安裝到寶石刻磨機上，使臺面朝下，平行於磨盤，然後將寶石的臺面磨平（見圖5-1-44）。
圖5-1-44 用45°塊研磨冠部臺面
3）卸下45°塊，把帶有毛坯的粘桿直接安裝到寶石刻模機上（以八角手刻磨機為例），調節主機平臺，使寶石與磨盤呈40°接觸，並調節“八角手”到l孔位，通過八角手八條邊在平臺上的轉動，可磨出冠部的八個主面。此時主面大小要壹樣，臺面直徑要達到腰直徑的50%～60%。
4）提升主機平臺，使毛坯與磨盤成23°，調節“八角手”到2孔位，通過八邊的轉動可磨出冠部的八個星小面。此時星小面與主面剛好構成兩個正方形。
5）下降主機平臺，使毛坯與磨盤成46°，調節“八角手”到3孔位，通過八邊的轉動，可磨出冠部左邊的八個腰面。
6）保持平臺不動，調節“八角手”到4孔位，通過八邊的轉動，可磨出冠部右邊的八個腰面。此時冠部研磨完畢，這裏要註意的是在研磨過程中，寶石與磨盤的接觸要輕，用力適當，並不斷觀察磨削進度。
5.冠部的拋光
拋光所用的拋光盤壹般為紫銅盤，拋光劑為鉆石粉。具體操作步驟如下：
1）將磨盤取下，換上拋光盤，開機，塗上少量拋光劑。
2）用粘油法找到合適的角度，此角度要與研磨時的角度絕對吻合，否則會有多余小面出現。拋光順序為先拋光星小面，然後拋光主面，最後拋光腰小面。
3）換上45。塊，用上述粘油法，拋光寶石臺面。
6.上桿
冠部研磨和拋光完畢後，將寶石坯料在酒精燈上加熱，然後取下寶石坯料，掉轉方向，將冠部粘結於壹平頭粘桿上。方法參見第2個工序。
7.亭部的研磨
具體操作步驟如下：
1）將粘桿安裝到八角手上。
2）調節主機平臺，使毛坯與磨盤成40°，選用八角手的1孔位，通過八邊的轉動，可磨出亭部的八個主面。
3）下降主機平臺，使毛坯與磨盤成43°，選用八角手的3孔位，通過八邊的轉動，可磨出亭部左邊的八個腰小面。腰小面的長度應為亭部主面長度的2/3。
4）保持平臺不動，選用八角手的4孔位，同理，可磨出亭部右邊的八個腰小面。
8.亭部的拋光
亭部拋光的方法與冠部拋光壹樣。順序是先拋8個亭部主面，再拋16個腰小面。
9.後期處理
具體操作步驟如下：
1）若怕亭部的底尖破損，可在亭部底尖處磨壹個小平面，研磨與拋光的方法同前。
2）腰部拋光 為了寶石的整體美，可對腰部進行拋光。
3）拆膠處理 把寶石和粘桿用酒精燈加熱，使膠融化，擰下寶石。
4）清洗處理 把帶有膠的寶石和粘桿分別放入酒精中，待膠溶解後，把寶石和粘桿取出，用清水洗凈。
至此，刻面型寶石的加工完畢。