MINERÁL.CZ

Opracování sbírkového kamene můžeme rozdělit na tři etapy: řezání, broušení a leštění. Řezáním získáme požadovaný tvar kamene, broušením opracujeme jeho povrch, který po závěrečném jemném broušení (nazýváme též jemnění nebo vyhlazení) vyleštíme. Lze také postupovat tak, že broušením hrubým brusivem, kterým lze dosáhnout velkého úběru kamene kámen opracujeme do požadovaného tvaru bez předchozího řezání. Tvar povrchu může být rovinný, nebo vypouklý.

Řezání

Jednoduchý řezací stroj je konstruován podobně jako cirkulárka na řezání dřeva. Řezací kotouč je tvořen měkkým železným plechem, tloušťky 1—2 mm, průměr kotouče 300-1000 mm, obvodová rychlost 5-8 m/sec. Řezací kotouč je uložen svisle. Jeho spodní polovina je ponořena do nádrže, kde je suspenze vody, jílu a brusného zrna SiC o velikosti částic 80-160 mikrometrů. Na horní část kotouče je přitlačován mírným přítlakem kámen, který chceme přeříznout. Při otáčení kotouče dochází k unášení částic brusiva na povrchu kotouče a zrna brusiva postupně probrousí řezaný kámen. Pro lepší unášení částic se mohou na obvodu kotouče vypilovat drobné zářezy. Tato nejjednodušší konstrukce řezačky může být vylepšena např. membránovým čerpadlem, které suspenzi brusiva s vodou a jílem vstřikuje přímo na kotouč v místě řezu. Řezací kotouč i kámen jsou pod plechovým krytem, protože kotouč rozstřikuje suspenzi s brusivem do okolí. V průběhu řezání se zrna brusiva postupně drtí na menší částice a účinnost řezání klesá. Pro oživení se přidává čerstvé brusivo. Přídavek jílu je potřebný pouze na začátku řezání, později suspenze houstne odbroušeným materiálem. Plocha řezu je velmi jemná a je předbroušená působením brusných zrn, která se pohybují na bocích řezacího kotouče. Někteří sběratelé řežou tenkými karborundovými kotouči, které jsou užívány na rozbrušování ocelových profilů. Kotouče se musí chladit vodou a obvodová rychlost kotouče je 20-30 m/sec. Kámen je do řezu přitlačován malým tlakem. Při tomto způsobu je důležité dbát na bezpečnost práce, zejména omezením chvění řezacího stroje a zakrytováním kotouče. Dochází často k prasknutí kotouče a jeho střepiny mohou způsobit vážné zranění.

Při řezání skla, minerálů, keramiky a ostatních tvrdých a křehkých hmot se v průmyslové výrobě užívají diamantové řezací nástroje. Jsou tvořeny kovovým kotoučem, na jehož obvod je vázán diamantový bort určitého zrnění. Podle způsobu vazby diamantového zrna rozlišujeme několik typů diamantových řezacích kotoučů.

Nabíjené kotouče se zhotovují tak, že do obvodu měděného nebo železného kotouče plechu tloušťky 0,2—2,5 mm se vyfrézují nebo ocelovou čepelí nasekají drobné zářezy. Do zářezů se vtírá diamantový bort smíchaný s vazelínou na hustou kaši. Záseky se potom zaklepávají kladívkem nebo se zaválcují. Při řezání tímto kotoučem se kov na obvodu kotouče odbrušuje a vyčnívající zrna diamantu svými hranami rozrušují řezaný materiál. Výhodou nabíjených řezacích kotoučů je, že pracují s minimálním množstvím diamantového bortu a dají se zhotovit i individuálně v jakémkoliv průměru. Při řezání je nutné chladit nabíjené kotouče petrolejem, naftou nebo lehkým olejem. Chlazení vodou u nabíjených kotoučů nepostačuje, diamantové zrno ztrácí řeznou účinnost a kotouč neřeže.

Málo užívanou konstrukcí diamantového řezacího nástroje je kotouč pinsovaný. Pinsy jsou krátké tyčinky (sloupky) o průměru 1-2 milimetry, vyrobené pojením diamantového bortu kovovou vazbou. Zasazují se do předvrtaných otvorů na obvodu kotouče.

Nejužívanější konstrukcí diamantového řezacího nástroje je kotouč se souvislou nebo přerušovanou řezací vrstvou na obvodu kotouče, vytvořenou spékáním diamantového bortu s bronzem pod tlakem (tzv. kotouče sintrované), nebo je diamantový bort vázán do kovové vrstvy vytvářené galvanickou cestou. Tyto řezací kotouče je možné chladit i vodou.

Optimální obvodová rychlost diamantových řezacích nástrojů je 20 až 30 m/sec. Řezací stroj musí mít robustní konstrukci vylučující chvění a osazený řezací kotouč nemá mít na obvodu větší házivost než 0,02 milimetru.

Broušení

Nejčastěji užívaným brusivem je drcený karbid křemíku, SiC, dodávaný pod obchodním názvem „karborundum". Vyskytuje se ve třech jakostech označovaných C 49 - zelený, C 48 - šedý a C 47 - černý. Nejčistší a nejtvrdší je SiC C - 49 zelený. Po něm následuje syntetický korund, chemicky Al2O3 - oxid hlinitý. Má obchodní název elecktrit a je dodáván v jakostech A 99 - bílý, A 98 - růžový a A 96 - hnědý. Nejčistší a nejtvrdší je A 99 - bílý. Uvedená brusiva jsou vyráběna ve speciálních pecích za vysokých teplot. Po rozdrcení jsou tříděna na zrnitostní frakce podle velikosti. K broušení jsou dodávána pod číslem označujícím velikost zrna (tabulka 1).

Pro broušení kamenů se užívá hlavně brusné zr­no volné. Na podložní kotouč se nanáší suspenze brusného zrna s vo­dou. Pro opracování křemenných materiálů lze po­užít i brusivo vázané pojivem, tedy brusných kotoučů. Vhodné jsou korundové nebo karborundové brusné kotouče, tzv. měkké nebo středně tvrdé. Tvrdostí kotouče se vyjadřuje pevnost pojiva, kterým jsou zrna v kotouči vázána. Měkká vazba umožňuje snadné vylamování otupených zrn brusiva. Tím sice kotouč rychleji ubývá, ale na jeho povrchu se objevují stále nová zrna s neotupenými řeznými hranami, to je pro broušení tvrdých minerálů nezbytné.

Při broušení křemene je výhodné brousit volným zrnem SiC za mokra na litinovém kotouči a lze zvolit například tento postup:

• hrubé broušení=zrno č. 10
• jemné broušení=zrno č. 3
• hlazení pod lesk=zrno M 15.

Brousíme tak, že suspenzi brusiva s vodou nanášíme na litinový kotouč uložený vodorovně na hladinářském brousicím stroji. Při průměru kotouče 500 mm pracujeme při 300-400 ot./min. Při změně brusiva je nutné kotouč i kámen umýt od zbytků brusiva předchozího. Při broušení volným zrnem pozorujeme, že účinnost této operace, tzn. množství odbroušeného materiálu za jednotku času je přímo úměrná velikosti brusného zrna. Drsnost broušeného povrchu jeví stejnou závislost na velikosti brusného zrna, ale je ovlivňována i tvrdostí kotouče. Při využití těchto poznatků postupujeme tak, že hrubé nerovnosti kamene zarovnáváme na litinovém kotouči a jemné broušení (hlazení) před leštěním provádíme na kotouči měkčím, např. bronzovém, měděném, duralovém nebo i z plexiskla či novoduru.

Měkčí kotouč se ale rychleji obrušuje. Provádíme-li jemné broušení před leštěním na kotouči duralovém, dosáhneme při použití stejného brusného zrna l,5krát jemnější výbrus než za stejných podmínek na kotouči litinovém.Výhody jemnějšího výbrusu oceníme zejména při přípravě povrchu pro leštění.

Při hledání nejvýhodnějšího po­stupu broušení, tzn. získání rychlého úběru materiálu z broušeného kamene a získání jemného výbrusu, který má již tak malé nerovnosti, že se nám jej v následující operaci leštění podaří vyleštit, musíme vzít ještě v úvahu, jakým způsobem brusné zrno opracovávaný povrch narušuje. Na zvětšeninách broušeného povrchu pozorujeme, že odbrušování postupuje v závislosti na krystalické struktuře opracovávaného materiálu. Z povrchu se odlamují částečky podle zákonitostí růstu krystalových ploch. Brusné zrno nezpůsobuje pouze odlamování částeček s povrchu, ale tlakem vytváří i soustavu trhlin pod povrchem, tzv. zápraskovou vrstvu. Při broušení skla je záprasková vrstva asi třikrát hlubší, než je hloubka narušeného povrchu - drsnost. Při broušení a leštění achátů tvořených chalcedonem, v porovnání s broušením čirých odrůd křemene (křišťál, záhněda) zjišťujeme, že po jemném broušení brusivem SiC zrnitosti M 15 vyleštíme chalcedon za několik sekund, kdežto křišťál až za několik minut. Zde se projevuje rozdílnost krystalického uspořádám obou odrůd oxidu křemičitého, protože za stejných podmínek broušení došlo u křišťálu ke vzniku silnější narušené vrstvy.

Po sbroušení hrubých nerovností volným brusivem SiC na litinovém kotouči přiložíme kámen opracovávanou plochou na vodou skrápěný pískovcový kotouč taktéž uložený v hladinářské brusce. Povrch pískovcového kotouče předem za mokra zdrsníme jemným sklářským křemenným pískem a potom uhladíme rovnou plochou kousku chalcedonu. Broušený kámen podržíme na povrchu upraveného pískovcového kotouče skrápěného vodou a otáčejícího se obvodovou rychlostí cca 5 m/sec. Kamenem po kotouči nepohybujeme ani jím neotáčíme. Povrch kamene se brousí do pololesklého stavu, který kontrolujeme prohlídkou za sucha. Zrnka křemene z pískovce zanechají na broušeném kamenu soustavu jemných rovnoběžných rýh. Při leštění pak dbáme na to, aby pohyb leštícího kotouče směřoval napříč přes rýhy zanechané pískovcem a rýhy zahladil. Způsob broušení drahokamových odrůd křemene na pískovci za mokra byl zřejmě používán již ve středověku. Tehdy se pravděpodobně pracovalo na velkých pískovcových kotoučích uložených svisle a poháněných mlýnským kolem. Broušení na pískovci má proti broušení volnými brusivy své výhody i nevýhody.

Mezi výhody můžeme počítat:
- pískovec zbrousí povrch kamene do roviny bez ohledu na rozdílné tvrdosti jednotlivých zón přírodního kamene
- nízké provozní náklady
Nevýhodou je:
- malý obrus za jednotku času, což vede k prodloužení času broušení
- drobné rovnoběžné rýhy, které se obtížně zalešťují a většinou jsou zbytky rýh patrný při šikmém osvětlení i na leštěném povrchu

Pro obtížnou dostupnost kvalitních volných brusiv ve středověku se lze domnívat, že broušení na pískovci bylo plně využíváno. Při použití tzv. měkkých pískovců, které jsou poměrně hrubozrnné a současně mají mezi zrnky křemene dostatek pórů zachycujících vodu, lze při opracování kamene dosáhnout během jediné operace trvající několik desítek sekund potřebného obrusu i dostatečné jemnosti výbrusu (vyhlazení) umožňující následně dokonalé vyleštění.

Leštění

Operace leštění má za účel zarovnat broušený povrch tak, že se výrazně sníží rozptyl odraženého světla a povrch se nám jeví lesklý. Při leštění tedy dochází k postupnému snímání reliéfní narušené vrstvy a vrstvy podpovrchových záprasků. Kvalita dosaženého lesku a doba leštění úzce souvisí s jakostí a stejnoměrností předchozího výbrusu.

V praxi postupujeme tak, aby maximální hloubka nerovností reliéfu povrchu před leštěním činila cca 4 mikrometry. Při leštění pracujeme podobně jako při broušení. Leštící kotouč máme uložen vodorovně na hladinářském brousícím stroji a na povrch kotouče nanášíme suspenzi leštidla s vodou. Jako materiál leštícího kotouče se používá: plsť přírodní nebo impregnovaná (např. roztokem plexiskla), dále leštící smola (pro leštění optických prvků), cín, dřevo — topolové, hruškové, korek, dřevotřísková deska, kulečníkové sukno, guma, kůže, plastická hmota (např. polyuretanová pěna). Leštící nástroj musí dokonale za­chycovat částice leštiva a rovnoměrně je rozložit na povrchu. Při leštění se vytvoří pracovní povrch nástroje, např. na plsti se utvoří tzv. leštící škraloup. Existují také vázané leštičky, nazývané též samoleštičky. Jsou vyráběny slisováním leštiva s pojivem do tvaru kotouče. Na vázané leštičce pracujeme tak, že ji uložíme na hladinářský stroj a při leštění přivádíme na její povrch vodu. Částice leštiva se uvolňují z pojiva a obnovují aktivní povrch leštičky. Vázaná leštička se ale chová jako velmi tvrdý leštící nástroj a na leštěném povrchu zanechává někdy tenké vlasové škráby. Při leštění minerálů dosahují sběratelé dobrých výsledků na filcu, korku, dřevě nebo kulečníkovém suknu. Dobrých výsledků lze dosáhnout na dřevotřískové desce potřené suspenzí leštiva v laku. Někteří sběratelé leští také na kůži. Jako leštiva se užívají oxidy kovů : ceričitý, zirkoničitý, thoričitý, chromitý, cíničitý, zinečnatý, železitý, hlinitý, pemza a tripl (přírodní křemelina).

Leštiva jsou upravována plavením, zbavena všech hrubých částic a dodávána ve formě prášku. Leštiva nemají stejnou úč;nnost, což se v praxi projevuje dobou potřebnou k vyleštění povrchu stejné drsnosti. Při leštění křemene účinnost klesá v této řadě: oxid thoričitý, oxid ceričitý, tripl, oxid železitý, oxid chromitý atd. Při leštění různých minerálů volíme leštiva podle tvrdosti minerálu, např. korund se leští diamantovým práškem, mramor triplem s malým přídavkem kyseliny sírové. Postup leštění volíme i podle velikosti leštěné plochy. Při leštění větších ploch (nad 100 cm") volíme např. tento postup:

• a) vyhlazování za mokra na dřevěném kotouči hrubou pemzou při obvodové rychlosti kotouče 2-4 m za sekundu. Pemzu nanášíme na kotouč jako hustou suspenzi s vodou; po této operaci zůstávají na leštěném povrchu šmouhy;
• b) odstraňování šmouh jemnou pemzou za mokra na kotouči dřevěném nebo plsti při obvodové rychlosti 3-5 m/sec. Touto operací dosáhneme pololesk;
• c) leštění na plsti za mokra triplem v řídké suspenzi při obvodové rychlosti 5-7 m/sec.;
• d) přelešťování na vysoký lesk řídkou suspenzí oxidu ceričitého nebo železitého za mokra na plsti nebo korku, při obvodové rychlosti 10 až 30 m/sec.

Pokud není k dispozici tak bohaté strojní vybavení, aby shora uvedený postup se mohl realizovat, pak lze vyleštit různé odrůdy křemene jednou operací triplem nebo oxidem ceričitým na plsti nebo dřevě při obvodové rychlosti asi 10 m za sekundu. Během leštění dbáme na to, aby povrch leštícího kotouče byl stále mírně vlhký. Účinnost leštění sice stoupá, když povrch leštícího kotouče je téměř suchý, ale potom se leštěný kámen velmi rychle zahřívá a může prasknout. Celkovou dobu leštění upravíme tak, aby byly zakryty všechny stopy po předchozím broušení. Kvalitu leštěného povrchu průběžně sledujeme. S operací končíme, když se již prodlužováním doby leštění kvalita povrchu nezvyšuje. Při zpracování krystalických odrůd křemene (křišťál, ametyst atd.) můžeme použít k předleštění jemnou pemzou, tím zkrátíme dobu konečného leštění.

Kvalitu leštění, stejně jako kvalitu povrchu při broušení, posuzujeme tak, že povrch prohlížíme proti oknu nebo žárovce pod malým úhlem. Zdroj světla musí být bodo­vý nebo maloplošný, aby se nám na ploše obráběného kamene dobře zrcadlil. Povrch musí být suchý a čistý, zbavený prachu. V praxi to provádíme tak, že kámen zvedneme téměř do výše očí, leštěnou plochu orientujeme přibližně vodorovně a prohlížíme zrcadlení. Kamenem otáčíme a leštěnou plochu prohlížíme ze všech stran s důrazem na okraje (střed se prolešťuje nejdříve). Při prohlídce se nám objeví všechny defekty upravované plochy, které jsme přehlédli při předchozích operacích, stopy po řezání, po hrubém broušení atd. Pokud jsou tyto defekty hluboké, nezbývá, než se znovu vrátit k předchozí operaci broušení a leštit až po odstranění vad.

Závěr

Uvedený popis může být vodítkem pro sběratele, kteří by si chtěli své vzorky sami opracovat. Další informace časem získají v publikaci university Konstantina Filozofa v Nitře Broušení ozdobných kamenů pro gemology.

Ivan Turnovec a Ludmila Illášová