10

Лекция 1 (2 сем)

Обработка драгоценных камней

З а исключением нескольких драгоценных камней, например жемчуга и иног­да янтаря, большинство органических и неорганических ювелирных материа­лов приобретают привлекательный вид после придания им определенной формы и полировки. Для просвечивающих и непрозрачных камней основным процессом обработки является галтовка, в результате которой их поверхность становится гладкой и блестящей и в то же время сохраняются причудливые очертания исходного необработанного материала. Кроме того, камни такого типа можно обрабатывать в форме кабошона, чтобы стали заметнее их цвет или полосчатость, как в случае малахита и агата. Обработка в виде ка­бошона помогает выявить такие оптические эффекты, как астеризм, перелив­чатость и кошачий глаз (например, выявление эффекта кошачьего глаза у кварца и хризоберилла, звездчатости у рубина и сапфира). Если камень про­свечивающий, но темный, кабошон можно делать невысоким, чтобы «освет­лить» цвет. Иногда с этой же целью основание кабошона делают вогнутым.

Хотя галтовка улучшает вид необработанных камней, а кабошон подходит для непрозрачных и камней с оптическими эффектами, большинство про­зрачных камней обрабатывают фасетной огранкой, чтобы выявить их основ­ной цвет, сверкание (поверхностные и внутренние отражения света), игру (дисперсия) и сцинтилляции (вспышки света в камне при движении источ­ника света или самого камня).

Сверкание драгоценного камня, обусловленное отражением света от его поверхности (т. е. его блеск, или отражательная способность), связано с по­казателем преломления камня. А часть свер­кания, вызванная отражениями от внутренних поверхностей драгоценного камня, зависит от типа огранки, который, в свою очередь, отчасти определя­ется величиной критического угла для данного ювелирного материала.

Критический угол

Если оптически более плотная среда — драгоценный камень, а менее плотная — воздух, луч I₁ будет отражаться в камне как R₁ . При угле падения, равном критическому углу полного внутреннего отраже­ния, луч I₂ уже не будет подчиниться закону отражения и, преломившись, пойдет вдоль поверхности камня как R₂. При углах, меньших критического, все лучи (например I₃) будут преломляться и выходить из камня в воздух (R₃).

Чтобы полнее выявить сверкание прозрачного ограненного камня, важно, чтобы как можно больше лучей, попавших в камень через его верхние грани (корону), отразилось обратно от нижних граней (павильона) и вышло через ко­рону в результате полного внутреннего отражения.

Для достижения этой цели огранщики цветных драгоценных камней и ал­мазов должны делать углы между гранями короны и павильона такими, что­бы большинство лучей, входящих в камень через корону, попали на внутрен­ние поверхности граней павильона под углами к нормали, превышающими критический угол. Если углы между гранями неправильные, большая часть лучей пройдет через грани павильона и камень будет казаться темным. Точно так же важно, чтобы лучи, отраженные от граней павильона, попали на грани короны под углом, меньшим критического. В противном случае произойдем повторное отражение и лучи вернутся в камень.

Критический угол /кр драгоценного камня зависит от показателя преломления n как самого камня (n₂), так и окружающей среды (n₁) согласно следующему соотношению:

i _кр = arcsin(n₁/n₂).

Поскольку окружающей средой является воздух, n₁ = 1, i _кр = arccsin(l//n₂).

i _кр алмаза с п = 2,417 i _кр = 24,43°; для кварца (п = 1,545) i _кр = 40,33°.

Отсюда видно, что для достижения максимального сверкания угол мс i короной и павильоном в ограненном кварце должен быть иным, чем у алмаза. Если кварц огранить так, что угол наклона граней павильона будет таким же, как у алмаза, ни один из лучей, прошедших через площадку не отразится от граней павильона, так как они попадут на них под углом, меньшим чем критический угол для кварца 40,33°. Однако если угол наклона 11 11ей павильона увеличить с 40 до 43°, луч будет отражен гранями павильона.

Важно знать значение критического угла, что бы выбрать правильный профиль дра­гоценного камня. Если принять во внимание траектории всех лучей, падаю­щих на площадку, схема будет гораздо сложнее. Чтобы быстро определить, как будет меняться блеск драгоценного камня при любых незначительных колебаниях углов короны и павильона, разработаны специальные компью­терные программы.

Роль критического угла драгоценного камня имеет еще один аспект, не всегда учитываемый теми, кто носит ювелирные изделия. Если грани павиль­она загрязняются жиром или мылом, общее сверкание камня ухудшается. Это происходит потому, что показатель преломления жира и мыла больше, чем воздуха, что ведет к увеличению критического угла драгоценного камня (см. приведенную выше формулу). Этот эффект особенно заметен у алмазов бриллиантовой огранки, у которых 83% сверкания обусловлено полным внутренним отражением; поэтому необходимо иногда промывать камни в растворителях жира.