|
珠宝知识240：珠宝考研考证篇（五十七）：宝石的硬度、韧性 对于硬度这个概念，我们通常会存在一定的误解——将一个物体的硬度跟韧性两个概念相互混淆。生活中我们会认为，硬度越高的物体，抗击打的能力也相应的会增大，比如说用斧头去劈柴；用铁锤敲打烧红的铁棒等等，但是实际上并不是如此。同样的，我们以一个生活中最常见的例子来进行理解。 下图中分别是刷碗布和碗，根据常识我们清楚，刷碗布的硬度一定要低于右图中的碗，对于他们，我们用一个锤子敲击图中的两个物体，我们得到的结果一定是这样的——刷碗布毫发无损，但是碗一定被敲击的粉碎；但是我们用碗的碎片是可以切割左图中的刷碗布的。 最近也有人在抖音上大锤砸钻石，其结局也是不言而喻，钻石被锤的粉碎。所以说，硬度大，并不代表抗击打的能力就越强，那么什么标准才是衡量宝石硬度的呢？铁锤可以砸碎钻石，但是如果用钻石去刻划铁锤，铁锤上面应该会留有相应的痕迹。这才是钻石的硬度大于铁锤硬度的指标。 通过这样的两个例子我们会知道，硬度较高的物体在抗击打的能力上可能会弱于硬度较低的物体，但是硬度较高的物体可以用来切割硬度较低的物体。这就是硬度与韧性之间的关系，对于这两个概念，我们一一进行讲解。 一、硬度： 刚刚的例子中我们谈到了，碗的碎片是可以用来切割刷碗布的，刷碗布抵抗碗切割的能力是相对较弱的，这就硬度之间的差异造成的。所以硬度的定义如下：宝石抵抗外来压入、刻划或研磨等机械作用的能力称之为宝石的硬度。 根据硬度的定义，衡量宝石硬度的指标是宝石抵抗外来的压力、刻划或研磨的能力，在宝石学或者矿物中，我们最常用刻划来判断宝石的硬度，如果A物体在刻划B物体时，在B物体上面能够留下刻划的印记，那就说明A物体的硬度大于B物体。我们在切磨宝石的时候，粗磨盘、细磨盘上面都有镶嵌有硬度最大的金刚石，从而达到能够切磨宝石的目的。 宝石的硬度往往与晶体结构、化学键、化学组成密切相关，通常情况下，具有共价键的原子晶格矿物具有较高的硬度，例如钻石、刚玉等；金属晶格的矿物硬度往往较低，例如黄金、银、铂等；不过这也仅仅是一般规律，金属晶格中Cr的硬度高达到9，仅次于钻石，与刚玉硬度相等。下图为金属铬的图片。 关于宝石的硬度，是需要通过硬度仪在标准的条件下测定的，我们称之为绝对硬度，但是这种测试硬度的方法所需要的仪器以及实验标准都是相对较为苛刻的，因此在宝石学或者矿物中应用很少。下图为测试物体绝对硬度仪器。 为了方便使用硬度的概念，德国的矿物学家Friedrich Mohs在1822年的时候，确定了10中标准矿物，并确定了他们的定性级别（注意是定性，而不是定量），硬度从1一直到10，这就是相对硬度，为了纪念这位矿物学家，我们也将相对硬度称之为莫氏硬度。 这十种标准矿物硬度从低到高分别是滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。为了方便记忆，在这里分享一个小小的口诀：“滑石方萤磷长,石英黄玉刚金刚”。 根据这十种硬度已知标准矿物，制作出了相应的硬度笔，对于未知的矿物，我们是根据相互之间的刻划来确定的，假如某一个未知矿物能够被石英（硬度为7）所刻划，留下印记，但是不能够被正长石（硬度为6）所刻划，该未知矿物的硬度可以定为6.5。 有些时候我们并不能拥有这样一套完整的硬度笔，因此使用日常生活中较为常见的物体，也可以作为一种辅助的补充，这就要求我们需要记住他们相应的硬度。比如说：指甲：2.5、铜针：3、窗玻璃：5~5.5、刀片：5.5~6、钢锉：6.5~7，其中最为常用的就是小刀和指甲，尤其是在野外地质工作的时候，常用到这两种工具来初步的判断矿物的硬度。 关于宝石矿物的硬度，我们需要做如下几点说明： 第一、硬度作为宝石的性质之一，并且对于某种宝石来讲，硬度是不变的，因此可以用来鉴定宝石 在鉴定宝石的过程中，其实就是测试宝石性质的过程，但是根据硬度的相关定义，硬度的测试实际上是属于有损测试，因此硬度测试多用在宝石的原石或者应用在宝石不显眼的位置上，以免造成测试之后影响宝石的美观度。那么在测试的时候，一定要遵循的是硬度从低到高的测试，这样会保证只在宝石中留有一条印记，并且在测试过程中要保证留下的印记足够小。
假如一颗宝石的硬度为6.5，从低到高依次使用硬度笔，只有硬度为7的石英能够刻划这类宝石，只留有一条刻划印记；但是如果从高到低来进行测试，钻石、刚玉、黄玉和石英均能够在宝石中留下刻划印记，为了测试出该宝石的硬度，就要留下至少四条印记，测试之后一定会严重影响宝石美观度的，因此在测试的时候要由高到低来进行测试。
另外，宝石的硬度的测试不一定要使用硬度笔，根据宝石的一些外观特征也可以推测出宝石的大致硬度范围。比如说钻石的硬度为10，因此钻石的刻面棱就会相对锋利一些，而其他方钻的硬度相对较低，刻面棱就会相对圆滑一些。下图为合成立方氧化锆（硬度为8左右）的显微照片，我们会发现他的刻面棱会比较圆滑，远不如钻石锋利，但是宝石的表面较为光滑，没有特别明显的磨损，显示他的硬度是大于石英（硬度为7）。
另外有些宝石的硬度相对较低，在长时间佩戴之后有可能会造成磨损，如果我们发现某一颗宝石的硬度磨损较为严重，则可以判断宝石的硬度较低，通常情况下要低于7（灰尘的主要成分为石英）。下图中的宝石，在刻面棱处磨损较为严重，表明该宝石的硬度相对较低。
鉴于硬度可以作为宝石的鉴定特征之一，那么我需要大家牢记常见宝石的硬度数值，下表引自《系统宝石学》附录8
第二，硬度是有方向性的，可以用来鉴定宝石、指导加工 晶体具有异向性，这种异向性可以体现在宝石的外观、折射率、颜色等方面，硬度也是一个非常重要的一个方面。最典型的就是蓝晶石，在平行于柱面延长方向，硬度为4.5-5，但是在垂直于延长方向上，硬度为6.5-7。
在比如说翡翠，翡翠是由硬玉矿物组成的，不同方向上的硬度也存在一定的差异，所以在抛光的过程中，硬度较低的一面就会形成凹坑，硬度较高的部位，形成凸起，从而形成翡翠的橘皮效应；另外，经过酸蚀充胶的翡翠，裂隙中的树脂硬度明显也要低于翡翠，是的在抛光过程中以及后面的佩戴过程中，树脂的磨损相对较高，使得酸蚀网纹越来越明显。下图分别为橘皮效应和B货翡翠的酸蚀网纹。
另外钻石是自然界硬度最高的矿物，所以说其他任何一种矿物都不能够切磨钻石，那么钻石又是如何被切磨成首饰用宝石的呢？其实这也与钻石的不同方向上的硬度有差异有关。硬度的大小排序如下：立方体平行对角线方向＞菱形十二面体平行长对角线方向＞八面体平行晶面棱方向＞八面体面上垂直于面棱的方向＞立方体上平行晶棱方向＞菱形十二面体平行短对角线方向。看下图的示意图中，实线方向的硬度大于虚线方向的硬度。
所以，在现实生活中，也只有钻石能够切磨钻石，在钻石的切磨盘上面有无数个小钻石毫无规律的排列着，在这些钻石中，总会有硬度大于被切磨钻石的硬度的小钻石，从而实现钻石被钻石所切磨的现实。
第三，标准矿物之间的硬度之差并不是等间距的。 相对硬度其实就是个相对值，是没有单位的，并且在测试的过程中也比较简单，但是对于绝对硬度来讲，所选择的标准矿物之间的硬度并不是等间距的。从硬度对照表和硬度差异图解中我们可以看到，钻石的硬度远大于刚玉，甚至大于其余九种的硬度之和。
第四，宝石的硬度决定了宝石的保养 空气中的灰尘主要为硬度为7的石英，因此对于硬度低于7的宝石，在保养的过程中尤其要注意，首先不能将宝石与硬度相对较大的宝石同时佩戴或者同时收纳；第二，在平时的佩戴过程中，尽量不要用软布或者直接用手在没有清洗的前提下擦拭宝石。
说完了宝石的硬度，我们来说说宝石的韧度吧。 前面的内容我们一再强调，衡量宝石的硬度是以抵抗外来压入、刻划或者研磨等机械作用的能力，但一定不是抵抗击打的能力，所以硬度高的物体，抵抗刻划等机械作用的能力很好，但是在抵抗击打的时候，其能力并不一定好，例如硬度最大的钻石在受到打击的时候同样会发生破碎，但是硬度很低的刷碗布在受到打击的时候却毫发无损，这就涉及到了宝石的韧性，是用“韧度”这个物理量来进行衡量的，那么韧度也就是物质抵抗击打以及撕拉破碎的的能力，该能力越强，韧度越高，韧性越好；韧性与脆性是相对的，如果物质在受到外力击打的时候容易发生碎裂，则宝石具有较高的脆性，有时，我们也将韧度称之为“打击硬度”。
韧度与硬度很明显是不具备正相关关系的，不过韧度与矿物的晶体结构构造密切相关，一般情况下，同种矿物组成的单晶体韧度明显要低于集合体的韧度，例如，单晶体的钻石具有较大的脆性，但是集合体的黑钻石却是所有宝石中韧度最大的；在比如说单晶的石英具有较大的脆性，相应的石英岩、玛瑙、玉髓等韧度相对较高。
对于韧度，并没有一个很好的衡量标准，没有像硬度一样有相应的标准矿物，也没有相应的严格的测试条件，不过常见的宝石的韧度从高到低的排序分别为黑金刚石、软玉、翡翠、刚玉、金刚石、水晶、海蓝宝石、橄榄石、绿柱石、黄玉、月光石、金绿宝石、萤石。从这个基本的排序上我们也可以看到，集合体的韧度是要高于单晶体的韧度的。 好了，关于宝石的硬度就分享到这里，希望对大家有所帮助。 |
|
|
