Tin Chuyên Ngành

TỔN THƯƠNG KIM CƯƠNG VÀ NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Hình 1: Viên kim cương 1.05 ct có vết mẻ lớn bắt nguồn từ girdle mở rộng đến tim đáy. Ảnh: GIA

ĐỘ BỀN KIM CƯƠNG

Giá trị của một viên đá quý phụ thuộc chủ yếu vào vẻ đẹp, tính hiếm và độ bền của nó. Độ bền là khả năng chịu đựng của viên đá dưới các tác nhân nhiệt độ, hóa học và quá trình sử dụng. Khái niệm độ bền bao gồm ba thuộc tính sau:

  • Độ cứng: khả năng chịu đựng của đá quý dưới các tác động gây trầy xước và mài mòn cơ học
  • Độ dai: khả năng chịu đựng của đá quý dưới các tác động gây vỡ bể và mẻ
  • Độ ổn định: khả năng chịu đựng của đá quý dưới các tác động của chất hóa học và sốc nhiệt

Kim cương rất ổn định và cực kỳ cứng nhưng độ dai chỉ tương đối. Một trong những điểm đặc biệt của kim cương là độ cứng không đều nhau trên các mặt tinh thể, tính chất này có ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình cắt mài và chọn hình dạng cắt (shape) để kim cương đạt độ bền tối ưu nhất.

Độ cứng

Độ cứng của kim cương là kết quả của cấu trúc tinh thể rất chắc chắn của nó. Hình 1 minh họa độ cứng của kim cương so với các vật liệu khác theo thang độ cứng của Moh’s và Knoop’s, trong đó kim cương là vật liệu cứng nhất trong tất cả các vật liệu và có thể rạch trầy những vật liệu mềm hơn. Tuy cứng nhưng kim cương lại tương đối giòn và sẽ mẻ hoặc vỡ nếu nó không được bảo vệ trước những va chạm trực diện (V.C. Venkatesh and S. Izman, Precision Engineering, 2007, p. 50).

Hình 2: So sánh thang độ cứng của Mohs và Knoop. Ảnh: V. Venkatesh and S. Izman, Precision Engineering, 2007, p. 50

Độ ổn định

Kim cương rất ổn định và không bị ảnh hưởng bởi hầu hết tất cả các acid. Khả năng chịu nhiệt của kim cương cũng cao hơn hầu hết các loại đá quý khác, tuy nhiên nếu nhiệt độ thay đổi đột ngột có thể gây sốc nhiệt và làm tồn thương kim cương.

Độ dai

Kim cương có thể mẻ hoặc vỡ khi bị va chạm mạnh đặc biệt là những nơi nguyên tử carbon liên kết yếu. Những khu vực này được gọi là mặt cát khai, đây cũng chính là những nơi kim cương dễ bị tổn thương nhất. Thang độ dai thường được sử dụng trong văn liệu khoa học là thang độ dai phá hủy (fracture toughness scale), nhưng trong ngọc học thì hiếm khi sử dụng. Thang độ dai này đo khả năng tách 2 mặt của một tinh thể dọc theo một hướng tinh thể học (đơn vị erg/cm2). Giá trị này ở kim cương thay đổi từ 5,000 (dọc theo mặt cát khai) đến trên 8,000 (theo hướng cứng nhất) trong khi đó giá trị này ở corundum là 600, nephrite là 225,000 và jadeite là 120,000, chứng tỏ nephrite và jadeite dai hơn kim cương.

ĐỘ DAI: MỘT NHƯỢC ĐIỂM CỦA KIM CƯƠNG

Mặc dù kim cương là vật liệu cứng nhất nhưng nó vẫn có thể mẻ hoặc nứt trong quá trình đeo trên nữ trang. Kim cương kết tinh hệ lập phương, có 4 hướng cát khai hoàn toàn và đây là những hướng yếu nhất trong cấu trúc tinh thể kim cương. Dạng tinh thể phổ biến nhất của kim cương thiên nhiên là dạng bát diện, mặt cát khai nằm song song với những mặt tam giác của tinh thể bát diện (hình 3) và kim cương chỉ có thể chẻ theo hướng song song với một trong những mặt này.

Hình 3: Mặt cát khai song song với mặt bát diện của tinh thể kim cương. Ảnh: from V.C. Venkatesh and S. Izman, Precision Engineering, 2007, p. 54.

Bởi vì một số hướng trong tinh thể bát diện kim cương cứng và dai hơn những hướng chứa mặt cát khai, nên dọc theo những hướng này cũng khó cắt mài, khó mẻ và khó bị ăn mòn hơn. Đối với những viên kim cương nổi tiếng, người ta phải mất hàng tháng để lên kế hoạch trước khi chẻ (cleave) bởi vì thường tinh thể không còn ở dạng bát diện hoàn chỉnh.

Ngày nay, người ta hiếm khi sử dụng phương pháp chẻ với kim cương mà thường cưa (saw) hoặc gần đây là cắt bằng laser. Tuy nhiên, thợ cắt mài vẫn cần phải hiểu về độ cứng, độ dai của kim cương để ứng dụng trong quá trình đánh bóng cũng như xác định được mặt cát khai để lên kế hoạch cắt mài.

Trong giai đoạn lên kế hoạch, một tinh thể bát diện thường mài được một viên tròn tối ưu nhất từ vị trí giống như hình 4, phần trên được cưa để mài thành một viên khác nhỏ hơn. Cần lưu ý là phần crown của viên tròn (round brilliant) thường cao hơn một ít so với phần crown của viên vuông (princess cut). Nếu muốn tạo ra 2 viên vuông từ một tinh thể thì kế hoạch phải thay đổi một ít so với kế hoạch cắt 2 viên tròn.

Hình 4: Khi mài từ tinh thể bát diện, girdle của viên round-brilliant sẽ gần chạm viền chính giữa của tinh thể bát diện. Ảnh:  Al Gilbertson, GIA

Nên nhớ rằng kim cương dai hơn trong những hướng có nguyên tử liên kết mạnh và kém hơn trong những hướng có nguyên tử liên kết yếu hơn. Tại góc của viên princess là những vị trí dễ bị tổn thương nhất bởi vì chúng nằm gần với mặt cát khai, do đó những vị trí này nên được gắn trong chấu để bảo vệ các góc khỏi bị mẻ.

Hình 5: Những góc của dạng cắt princess rất dễ bị tổn thương do nằm gần với mặt cát khai. Ảnh: Al Gilbertson, GIA

CÁCH HẠN CHẾ LÀM MẺ KIM CƯƠNG

Mẻ thường xuất hiện khi girdle hoặc những điểm nhọn của viên đá va chạm với những vật cứng, khi gắn hoặc tháo ra khỏi nữ trang,…

1. Tránh những dạng cắt mài có nhiều điểm nhọn hoặc góc nhọn

Bất kì dạng cắt mài nào có nhiều điểm nhọn hoặc góc nhọn như là square, rectangular, triangular, radiant và princess thì dễ bị mẻ tại những vị trí này trừ dạng tròn, oval, cushion góc tròn,.…. Gần đây phát triển một công nghệ cắt mài mới gọi là chamfering – vát góc, được cho là cải thiện đáng kể độ bền của kiểu cắt princess. Chamfering là một mặt giác phẳng rất nhỏ nằm ngay góc viên đá (hình 6)

Hình 6: Chamfering là một giác rất nhỏ ở những vị trí góc mà chỉ có thể thấy dưới độ phóng đại. Ảnh: Al Gilbertson, GIA

2. Bảo vệ tim đáy

Trước đây, hầu hết kim cương dạng tròn và một số dạng khác được mài với một mặt giác rất nhỏ tại tim đáy để bảo vệ khỏi bị mẻ. Tuy nhiên, hiện nay hầu hết kim cương dạng tròn được mài với một điểm nhọn (point) tại tim đáy, do đó tim đáy dễ bị tổn thương (hình7). Tuy nhiên, khi đã được gắn trên nữ trang thì nguy cơ tổn thương tim đáy sẽ hạn chế hơn.

Hình 7: Tim đáy bị tổn thương khi nhiều viên được để chung với nhau. Ảnh: James Gibson, GIA

3. Tránh những vị trí girdle mỏng

Girdle càng dày thì càng khó bị mẻ hơn những vị trí girdle mỏng.

Hình 8: Vị trí girdle mỏng thì rất dễ bị mẻ. Ảnh: Leo Ochoa, illustrations by Al Gilbertson, GIA

4. Chọn cách gắn viên đá lên nữ trang phù hợp

Những điểm nhọn hoặc góc nhọn dễ bị tổn thương sẽ được bảo vệ tốt hơn với những loại chấu chữ V, dạng ổ,…

5. Lưu ý lực căng của chấu nữ trang

Giữa hai chấu đối diện của nữ trang sẽ cần một lực căng để giữ chắc viên kim cương, do đó trước khi gắn thợ nữ trang phải kiểm tra kỹ girdle và trong quá trình gắn phải dùng lực vừa đủ cho các chấu để tránh làm mẻ girdle

6. Kiểm tra chấu nữ trang trước khi tháo kim cương

Một nguyên nhân phổ biến gây ra mẻ là chấu gắn kim cương bị cong hoặc gãy, nếu tháo viên kim cương ra khỏi nữ trang thì những vị trí này có nguy cơ mẻ cao hơn. Chấu được dùng để bảo vệ các điểm nhọn, góc và cạnh, nếu chấu bị cong hoặc gãy thì đồng nghĩa với việc kim cương sẽ không bảo vệ được nữa.

7. Không đeo kim cương có sẵn vết mẻ

Nếu viên kim cương có sẵn vết mẻ, một số người nghĩ là chúng có thể được bảo vệ khi gắn trên nữ trang, nhưng trên thực tế thì những vị trí này dễ bị mẻ lớn hơn nữa.

8. Cẩn thận với những bao thể gần girdle

Phải thật lưu ý đối với những viên kim cương có bao thể như feather, cavity, chip nằm gần girdle hoặc gần những điểm nhọn bởi vì chúng có thể mở rộng thành vết mẻ hoặc vỡ.

Hình 9: Cavity nằm trên girdle rất dễ bị mở rộng hoặc làm mẻ viên kim cương. Ảnh: Mitch Lam, GIA

Bất kì viên đá quý nào cũng có thể mẻ hoặc vỡ nếu nó va phải một vật cứng. Kim cương cũng vậy, tuy có độ cứng và độ dai rất tốt nhưng chúng ta nên nhớ rằng thợ cắt mài có thể tách một viên kim cương bằng cách chẻ theo hướng cát khai, do đó trong quá trình sử dụng nếu vô tình viên kim cương va phải vật cứng đúng hướng cát khai thì nó cũng có thể vỡ. Ngoài ra, kim cương còn dễ bị tổn thương tại vị trí girdle có bề dày mỏng hoặc các điểm nhọn, vì vậy để tránh điều này thì chúng ta không nên đeo kim cương khi làm việc với những vật cứng hoặc có nhiều va chạm.

Nguồn: www.gia.edu/gia-news-research/how-protect-diamond-chipping