古翡翠表面沟渠纹产生原因的科学解析
2016-04-17 13:41阅读：
古翡翠表面沟渠纹产生原因的科学解析
一、天然翡翠的材料分类学属性
按照自然界材料的物理化学属性来分类，材料可分为四个大类：（一）金属材料；（二）无机非金属材料；（三）有机材料；（四）复合材料。
其中，无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、硫酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。由于无机非金属材料晶体结构极其复杂且没有自由电子，只有比金属键、共价键更强的离子键和混合键，所以这类型材料具有高熔点、高硬度、高强度、高耐热性以及耐腐蚀、耐磨损等基本特点。但与金属材料相比较，它的抗压强度低，缺少延展性，属于脆硬材料。
翡翠是以硬玉矿物为主的辉石类矿物组成的纤维状集合体。其结构主要为：纤维状变晶结构，矿物的状态主要呈现为针状、纤维状和少量的柱状。矿物间的排列关系复杂多样，结构类型千变万化。
翡翠的物理化学参数如下：
1，化学成分：硅酸铝钠.常含Ca/Cr/Mn/Mg/Fe等微量元素；
2，矿物成分：以硬玉为主，其次为绿辉石、钠硌辉石、霓石、角闪石、钠长石等；
3，结晶特点：单斜晶系，常呈纤维状、针状、柱状、毡状致密集合体；
4，硬度：摩氏6.5---7；
5，解理：细粒集合
体无解理，粗颗粒在断面可见闪闪发亮的解理面（苍蝇翅）；
6，光泽：油脂光泽至玻璃光泽；
7，透明度：不透明至半透明；
8，相对密度：3.25-3.40克每立方厘米；
9，折射率：1.66.
依照上述翡翠的物理化学参数，翡翠在材料的归类上显然应该属于无机非金属材料，也是在地质体用下形成的，达到玉石级的石头。
二、翡翠加工的抛光工序
翡翠经过人工雕琢以后，可以呈现宝石级的品质，做为一种优质的玉石深得国人喜爱。它的大规模开发利用已经有几百年的历史了，每件翡翠成品的完成主要由以下加工流程和工序来实现。选料--开料--用途定位于设计--切割--打磨--抛光--装潢。
翡翠作为一种优质玉石，国家制定了详细的分级标准，这个分级标准大致如下：（一）颜色分类；（二）透明度；（三）质地级别；（四）净度级别；（五）加工工艺评估；（六）综合评级。其中，翡翠的颜色和质地是天然形成的，也是翡翠的内在品质，我们无法干涉和改变。但翡翠的内在品质必须通过加工琢磨，才能够充分体现，由此我们可以说翡翠的加工工艺对一件翡翠制品的综合评价起决定性作用的。
前面对翡翠的加工流程和工序做了一个简单的介绍，在经过选料--开料--设计--切割--打磨之后，由于表面始终还是粗糙的，无法展现其晶莹剔透的美丽，只有经过抛光这道工序，才能使翡翠内在气质淋漓尽致的展现出来，所以下面本文将重点讨论一下翡翠的抛光工序及抛光机理。
我国对玉石抛光的认识已有几千年的历史了，新石器时期的玉器已经有了很好的抛光效果，但在翡翠进入中国之前，我国玉石基本以软玉为主，软玉的抛光难度相对较低，而在翡翠进入中国以后，我们的先辈们肯定也针对翡翠的抛光进行卓有成效的探索，才使得翡翠表面的温润光洁、内在额晶莹剔透，颜色的斑斓璀璨，得以呈现在世人面前，尽显翡翠高贵典雅的气质。
无论是软玉或者翡翠，从科学的角度来看，都是属于无机非金属材料，我们现在就用无机非金属材料抛光工艺学的角度，来探索一下翡翠的抛光机理。
（一）翡翠的抛光机理
查了一下国内的相关资料，我国还没有对翡翠抛光机理的专门研究成果，既然翡翠属于无机非金属材料范畴，那么我们就应用无机非金属材料的抛光机理来对翡翠的抛光加以研究。
根据国内近三十年的研究，国内对无机非金属材料的抛光机理的理论主要有以下两种：
理论一：这种理论认为无机非金属材料的抛光属于机械、物理、化学的联合作用过程，认为毛毡--氧化铝抛光过程以物理作用为主。这一理论的代表人物为武汉工业大学的袁蓟生教授为代表。
理论二：这种理论则认为在毛毡--氧化铝抛光时，主要是化学作用为主，在抛光过程中有岩石矿物的水解存在，这一理论的代表人物以大连理工大学的李亨德、刘培德为代表。
纵观两种理论，都确定：无机非金属材料抛光过程是机械、物理、化学的联合作用过程，差异只是机械物作用为主还是化学作用为主。
参照山东建材工业学院周长明博士等人的研究表明，在抛光层面上，有一个约为300--400微米的塑性变形层，这个变形层已经明显失去了原有的晶质，类似于非晶质，这一塑性变形层流展开来，形成了抛光面，在塑性变形层的下面是约几微米的疏松碎裂层。
（二）抛光工艺参数及抛光剂对抛光速度和抛光效果的影响
影响抛光效果的效率的因素有很多，我们抛开抛光物本身材质的影响不做讨论，粗略归纳有如下几个方面。
（1）抛光设备的精度
抛光设备的精度好，会使抛光效率和效果都处于较佳状态，如果设备的精度不高或难以控制，则会因为抛光面的受力处于复杂多变状态而使抛光效果和效率大大降低。
（2）抛光工艺参数的影响
大致而言抛光过程是在法向力（压力）和切向力（进给力）综合作用的结果。现代研究表明：在一定的压力值范围内，抛光效果与作用力成正比，超过一定的压力值则成反比，进给力的结果也是如此。
（3）抛光剂的影响
抛光剂的粒度、硬度、纯度、配比是决定抛光效果最主要的因素，其中，粒度与效率成正比，效率成反比（在一定的范围内），粒度是抛光剂中最重要的因素，抛光剂的硬度、纯度、配比也不同程度的影响抛光效率和效果。
（4）被抛光材料表面质量
被抛光材料前一道工序的加工质量会直接影响抛光效率和效果。
（5）抛光时间的影响
抛光时间长则抛光效果好，但抛光效率低，而抛光时间短则会使抛光不充分，降低抛光效果。同时，抛光时间超过必要限度以后，抛光面将持续承受外来作用力，使抛光面产生持续疲劳，造成被抛光材料的微观结构受损，对被抛光材料的抛光面破损，埋下隐患。
（6）操作工人技术水平的影响
一个操作工人的技术熟练程度的高低，责任心强弱的对抛光效率和效果的影响也是不可忽视的因素。
三、传统翡翠抛光技术简介
既然本文是讨论古翡翠的，我们就不能不对传统的翡翠加工技术做一定研究和分析。
故宫博物院玉器馆有一套清光绪年李澄渊所绘《玉制图》，共计十二幅，《玉制图》用写实风格描绘了制玉的主要步骤，从中可以看出，其工艺流程与现代工艺流程基本相同，虽然无法确定这是古翡翠的加工流程，但也基本可以肯定不会有本质的差异。
由《玉制图》我们可以看出，玉器的抛光是在一种叫做水凳或称砣机的设备来完成的，它的结构就是一张像桌子一样的长方形木架，大约1米多高，上面有一根水平纵向安装的卧杆，卧杆下面安有接水槽，旁边可插一木杆，上挂水桶用作磨玉时冷却，卧杆前端装有砣子，砣子之上克固定工件，卧杆之上的皮带与脚踏板相连，通过脚踏动，带动砣子做来回摆动旋转，转速由脚的蹬踏来调节，转速极低。
抛光工序的完成也是在水凳上完成的，分卧式,立式两种，抛光剂的基材是毛毡、皮革、棉布等。
2，古代抛光的技术特点
（1）古代抛光设备的特点
水凳的动力完全来自于人，因此，水凳上的砣的旋转速度是极低的，离理想的速度有极大的差距，并且水冷却效果也不理想；
其次，由于结构、材料和制造工艺的限制，水凳的精度与现代设备相比较也有天壤之别。另外，由于砣的旋转是钟摆式往返运动，也使抛光运动轨迹呈非线性。
（2）古代抛光剂的制备
由于当时技术水平的限制，古代抛光剂的制备，手段应为手工或简单机械装置，这样就使得抛光剂的精度控制上无法准确把握，完全凭制备人员的经验，另外抛光剂材料的选用上也完全是摸索经验；
（3）抛光效果的评定
因为受当时科技水平的限制，抛光面的质量评价，也完全凭借经验。
四、古代翡翠抛光技术的现代化评价
1，设备评价
由于水凳的精度与现代化设备相比精度很低，为了保证抛光质量，操作工人必须具有极高的操作经验，即使如此，由于受设备精度的影响，也会使抛光面的受力情况变得极其复杂；
2，工艺参数的评价
由于设备的制约使得抛光时的工艺参数远低于理想的工艺参数，远低于理想的工艺参数，这样就会使得在抛光面的内部压力大大增加；
3，抛光运动轨迹的评价
由于水凳的运动轨迹是钟摆式往返运动，一定会造成抛光面的高固疲劳；
4，抛光完成时间评价
由于设备的限制，使得抛光面所承受切向力和法向力都远远低于理想参数，这样大大的延长，给抛光面造成疲劳损伤。
5，综合评价
古代翡翠抛光时，由于受技术水平限制，在设备参数、设备精度、运动方式、抛光剂合理选择和制备水平低以及极其漫长的抛光时间等因素的影响下，古翡翠的抛光过程必将会给抛光面的造成各种表面和隐形损伤范围，这是根据岩石损伤学和岩石断裂学原理推断来的。这些损伤涵盖了：胀性损伤；剥落损伤；疲劳损伤；蠕变损伤；蠕变加疲劳损伤等等。这些损伤的共同存在，会使翡翠的抛光面上产生微裂纹、微孔洞、晶粒错位和滑移，为翡翠抛光面产生显性开裂脱落埋下了隐患。另外，古翡翠抛光面的抛光质量和现代技术条件下的抛光质量也会有巨大差距。
五、结论
翡翠原石的内部的微裂隙和微孔洞是天然存在的，而经过人为加工过的翡翠，更是在此基础上又增加了因加工而产生的加工损伤；在抛光完成后的初始阶段，微观层面上的破碎层，处于疲劳成核期和微裂纹增长期，还没有进入宏观裂纹的拓展期，所以肉眼是很难观察到的，而古翡翠成品完成以后，它就与人和自然有了充分的交流。人们要佩戴它、把玩它、保养它；古翡翠所处的环境也无时无刻的不在和翡翠做着交流，就这样，在人与自然环境跟古翡翠的交互作用，在时间老人的催化作用下，古翡翠抛光面上就会产生肉眼可见的沟渠纹或者凹坑。
所以，古翡翠表面沟渠纹和凹坑产生的原因是加工缺陷而非人为破坏（或称酸处理）。
由上述结论我们可以做如下几个推断：
1、翡翠的弧形加工面比平面产生沟渠纹和凹坑的机率要大；
2、古翡翠在密封良好环境条件下，没有沟渠纹和凹坑的可能性是存在的；
3、现代翡翠加工技术条件下，因加工所造成的微损伤也是存在的，只是损伤程度远低于古翡翠；但出现宏观裂纹是必然的，只不过需要比古翡翠更长的时间才会产生沟渠纹；
4、现代翡翠的表面在设备状况不佳、操作不当以及翡翠品种等因素的影响下，也会在较短时间内出现沟渠纹和凹坑；
5、翡翠品种和结构的差异是影响沟渠纹产生的内在因素之一；
6、强酸、强碱的侵蚀，也会产生沟渠纹和凹坑，但与加工缺陷产生的损伤相比，因损伤机理不同，两者在损伤的外在特征上会有明显区别。
六、结束语
在现有的外部环境下，古翡翠被大面积的误判为处理翡翠或染色翡翠是件令人痛心疾首的事情。针对这种情况，本人用现代的成熟理论对古翡翠沟渠纹的成因做了一个定性分析，目的是想为古玉文化的传承与发展略尽绵薄之力，同时更希望藉此吸引更多的人，从更多的角度来研究和发展翡翠文化，最终达到为古翡翠文化拨云见日，发扬光大的目的。
由于本人翡翠知识的浅薄和理论水平的不足，本文难免会有这样那样的谬误。欢迎大家共同探讨，只要能够抛砖引玉，本人即心安。
