蜡镶宝石的首饰铸造

作者：Ajit Menon
作者背景：材料和冶金工程专业硕士，Landstrom属下的 Black Hill公司金器制造开发中心经理

一旦常见问题得以解决，那么蜡镶铸造工艺就能极大节约人力。
在美国，蜡镶铸造已经有十几年历史。但是，刚开始的时候，由于该蜡镶工艺的运用能得到丰厚的经济回报和占据着明显的竞争优势，掌握了该技术的生产商往往秘而不宣，使得该项技术非常隐秘。近年来，人们对该工艺的兴趣逐渐升温，并且有较多的相关资料可供查阅。在这篇文章里面，我们就蜡镶铸造的一些常见问题进行解答。

1. 宝石蜡镶跟宝石镶嵌金属有什么区别？

最大的区别就在于宝石蜡镶不像直接镶入贵金属那般费功夫，因为后者需要很费劲才能钻孔和准确镶嵌。并且在蜡镶过程中，作用于宝石的外力不大，因此宝石碎裂的几率较小。
再者，当宝石蜡镶时，由于贵金属还没浇铸，因此不受其影响。但是在传统的卡镶工艺里边，当用锤子对金属槽道进行打磨和敲击时，就可能使贵金属变脆甚至碎裂。

不需要。蜡镶铸造使用常规铸造设备就可以顺利进行了，但是很重要的一点就是，铸造设备必须能进行精确的温度控制。此外，有相应的供应商供应倒模材料，贵金属，甚至专门用于蜡镶铸造工艺的铸造设备。同时，蜡镶铸造用的贵金属合金，能在较低浇铸温度的条件下实现高效浇铸，并且通过在倒模材料中添加某些添加剂保护宝石，提高焙烧温度。采用离心浇铸法时，如果金属熔融液的冲力太大，那么在铸件的宝石上方就会有飞边情况出现，通过调整蜡树上蜡模的向置一般可以避免此类问题的发生，还有，通过增大蜡模的倾斜度，也可以缓和金属浇铸的冲力。

最常用的宝石主要有钻石，蓝宝石，红宝石和石榴石（红宝石和蓝宝石的硬度仅次于钻石）。还可选用方晶锆石以及其他彩石。选用无瑕疵优质宝石，因为含杂质的宝石往往会在铸造过程中受影响而变得浑浊，呈灰白色。虽然有众多宝石皆可采用蜡镶工艺，但是最终的成功，还要考虑所采取的镶嵌方式，脱模方式以及浇铸过程的温度控制。 

有诸多蜡镶方式可供选择。采用包镶，爪镶和钉镶方式时，蜡模上预留的宝石镶嵌位置的尺寸要稍微比宝石的实际刻面腰围小一点，同时模型设计师还要考虑收缩因素。假若镶嵌尺寸有误，那么宝石可能就会在铸造过程中遗失或掉落。通常，宝石镶嵌是用预热了的蜡镶笔轻压宝石顶端，宝石受热后容易滑动，固定在镶嵌位置。对大多数宝石来说，镶嵌都能顺利进行。
爪镶时，预先在模型表面开出镶口，翻印的蜡模上就会出现相应的凹槽。包镶时，如果承坐不够大，宝石镶嵌时在蜡模表面的相应位置就会凸起，并且这凸起部分的蜡会被挤到宝石上端。因此，采用包镶方式时，要不断清洁宝石镶嵌的承坐部分，保证镶口光洁无残留蜡附着，光洁镶口也有助于在后面的倒模和浇铸过程中使宝石保持稳定。
槽镶时，模型的槽壁上要开出宝石镶嵌的凹口或边缘切槽。跟其他镶嵌方式一样，卡槽的尺寸一定要比待镶嵌宝石的尺寸稍微小一些。镶嵌时候，将宝石挤进卡槽，里边的镶口稳稳托住宝石腰部。此外，可用预热蜡镶笔来微调宝石在卡槽中的镶嵌位置。镶嵌师一定要认真小心，避免宝石之间相互重叠或碰触，否则会导致宝石碎裂。
槽镶还可进一步简化。可将宝石直接镶进硅橡胶模而非蜡模，然后注蜡，使蜡围住宝石。这种镶嵌技术有时又叫模镶，采用此种镶嵌方式时，宝石自动镶到蜡模里边。
先将宝石镶到硅橡胶模里边，有利于多枚钻石紧密排列的卡镶顺利进行。这种策略不仅省时，而且是大批量生产时的优选镶嵌方式。
采用该镶嵌策略时，要先把宝石妥善镶嵌到金属模型里边，然后再据此翻印硅橡胶模，此时宝石就会镶嵌到橡胶模的正确位置，接着可以往橡胶模注蜡。在蜡模从橡胶模里边取出后，可用预热的蜡镶笔做相应的微调，比如使宝石排列齐整。
为了提高成功率，模具设计师必须非常注意严格控制尺寸大小，选用多颗一克拉的小钻石粒，以此确保橡胶模里边宝石周围没有大的空隙，同时宝石间要有一定的间隔，这样在注蜡时才能被托稳。
另外，模具设计师还要非常注意橡胶模浇口的位置设计，不要正对着宝石镶嵌位置，但是又要能让镶嵌师把宝石顺利放入其中一边的橡胶模里边。此外，浇口设计要粗一些，并且要在戒指侧面以免发生浇铸不完全和缩孔现象。当然，也可用其他镶嵌方式，只要模具设计师紧记宝石尺寸大小，收缩率，把握好浇注口粗细和位置设计即可。
蜡镶前，必须先细致检查蜡模，修整好缺陷，并清洁分型线，确保无残余蜡附着在宝石表面，否则将导致宝石松动。
在镶嵌完成后，同样要回头检查镶嵌情况，确保宝石镶嵌端正和牢固。如果有用蜡镶笔做过调整，那么还要检查镶嵌的底部情况，因为蜡模受热后可能会黏附或覆盖在底部，导致后面倒模时石膏粉无法托住宝石。

5. 蒸蜡完成后，如何防止宝石不脱落？

如果宝石镶嵌不牢，那么在浇铸过程中就会发生偏移，跑到其它位置。为了确保宝石“安居”，在蜡镶时要露出其顶部和底部。记住，蜡会被贵金属所取代，而露出部分则会由石膏粉来填充。蒸蜡后，宝石会被石膏粉稳稳托住。

6. 除蜡有什么特殊要求吗？

任何常规除蜡方法都合用，但是注意最高温度不要超过允许范围。虽然有权威人士建议说钢铃温度不要超过850℉，但是我们曾试过在高达1150℉的温度条件下仍获得了成功，以及在介于1250℉和1300℉的温度区间，还顺利完成了方晶锆石和其它人造宝石的除蜡过程。因此，我们建议钻石首饰的焙烧温度用1050℉，人造猫眼石950℉，其它宝石1000℉。由于降低了钢铃温度，那么就要相应地延长除蜡时间，我建议除蜡时在最高温度保温6~8小时。此外，极力推荐采用蒸蜡工艺，但是根据个人经验，没有必要采用蒸汽蒸蜡，然而作为搞冶金的，我个人建议采用这一工艺，因为该工艺除蜡更干净。

7. 要种多大的蜡树?

蜡树可高10英寸，而钢铃则可高达1英尺。但是根据经验，假如蜡树高于10英寸，则会降低浇铸效率。

8. 浇铸时要注意些什么？

从焙烧炉取出钢铃转移到浇铸炉时，要轻拿轻放。同时注意铸液温度不要过高，并且保证其洁净无渣滓。采取手动浇铸方式时，浇铸的动作要快。浇铸完成后，钢铃在室温条件下放置至少两小时才能拆模，但是不能进行炸水。如果浇铸温度过低，会导致浇铸不完全和缩孔现象吗? 会。虽然也可能是其他一些因素造成的，但是低温是最主要一个因素。此外，流道设计工艺，包括浇口的位置和粗细程度，如果设计妥当，那么就可以降低缩孔出现的频率。同时，浇铸技术得当，即可消除浇铸不完全的问题。再者，现在出现了一些铸液流动性更高和凝固系数范围宽广的特制合金，可以选用这类合金用于浇铸。 

拆模是宝石首饰铸造过程中最关键难度最大的一环。千万不要进行炸水，否则宝石和首饰在瞬间发生收缩，最终将会导致宝石崩裂。
浇铸后，钢铃放置两个小时待温度缓慢冷却后，用橡胶棒槌轻敲钢铃周边，使石膏模松动，继续敲击，钢铃底部随之将树形铸件脱出。新脱出的铸件在冷水中冷却5-10分钟，待到不烫手时，可像普通铸件一样淋洗，或者浸泡其他任何石膏模清洁用的化学试剂。
高压冲洗可以去除石膏粉，但是该方式会影响甚至打碎人造宝石，使得镶爪弯曲，或者将宝石冲出镶槽。然而，如果真发生这样的事情，我发现通常是因为没有将宝石镶嵌妥当。因此，采用高压淋洗方式时，要特别小心，保护好宝石和镶爪。
一些宝石可能对某些特定的酸溶液很敏感，因此在浸泡前要先拿宝石样品做试验进行考察。另外，带有细小介质的滚光设备，比如带精细不锈钢粉的磁性滚筒，就可以用于铸件滚光。大多数宝石不受滚光加工影响，但是必须先以试验证明那些特定的作用介质不会刮伤宝石表面。

10. 蜡镶后宝石变浑浊，有什么办法可以补救吗？宝石可以再切割吗？

在有氧气存在的条件下，当宝石温度高达1200℉时，宝石会失去晶体结构，变得浑浊，比如在焙烧过程中就会出现这种情况。钻石呈非晶质状态，失去原来的光学性质。
据我所知，变得浑浊的钻石不能再切割，因为这并不只是一个外部表观的问题，这是由于全部碳原子的晶体结构受到了破坏——理论上来说，它已经不再是钻石了。到目前为止，我还不知道有什么补救措施可以将浑浊钻石还原到初始状态。

注：此文章采摘于AJM杂志

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