CN101966792A

CN101966792A - 在宝石表面形成图纹的方法

Info

Publication number: CN101966792A
Application number: CN2009101608691A
Authority: CN
Inventors: 陈致宇; 张立; 孙继文
Original assignee: TANYU MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TANYU MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-09

Abstract

本发明公开一种在宝石表面形成图纹的方法，该方法利用一具有镂空有图纹的遮蔽层覆盖在宝石的一表面，使用积层技术在遮蔽层的图纹镂空处生长一晶体层，并重复上述步骤，在宝石其它表面或已形成的晶体层表面再积层另外的晶体层；并借着晶体生长的条件控制，使生长的晶体具有相同或不同于原宝石的颜色，以便在不破坏宝石、不减少宝石质量下，在宝石的任何一面上形成具有立体的、色彩的图形和/或文字的图纹。

Description

在宝石表面形成图纹的方法

技术领域

本发明是关于一种在宝石表面形成图纹的方法，特别指利用具有镂空构造的遮蔽层覆盖于宝石的表面，以不破坏宝石质量的方式，层积出具有立体的、色彩的图形和/或文字的方法。

背景技术

在宝石外观上加工处理出具有特殊图形、纹路或文字的造型，可以美化宝石的外观且增益其价值。然而，一般图形、纹路或文字的形成方式不外以机械研磨、激光加工或化学蚀刻等破坏性方式实施，此种方法不但造成宝石质量的损失，且一旦加工失误难以恢复。另外，以上述方式加工所形成的图形、纹路或文字，只能呈现出与原宝石相同的色调，无法给予宝石丰富的色彩变化。而现有的具有多种色彩的宝石，多半是以不同颜色的宝石镶嵌于一宝石所形成。

发明内容

鉴于现有的宝石加工有如上的缺失点，因此，本发明提供一种在宝石表面形成图纹的方法，可直接于宝石表面形成图形、纹路或文字而不破坏宝石，以解决现有的宝石加工会减少宝石质量的问题。

本发明还提供一种在宝石表面形成图纹的方法，可精确的在宝石表面形成图形、纹路或文字，而解决现有的宝石加工的失误问题。

本发明还提供一种在宝石表面形成图纹的方法，可在宝石表面形成不同于原宝石颜色的图形、纹路或文字，而解决现有的宝石加工只有单一色彩的问题。

如上所述的本发明的在宝石表面形成图纹的方法，其步骤包括：将至少一镂刻有图纹的遮蔽层覆盖于欲形成图纹的宝石表面；在宝石表面的遮蔽层的图纹镂空处沉积生长一轮廓相应于镂空图纹的第一晶体层；以及，将遮蔽层自宝石表面上移除。若是要形成数层不同图形或大小的图纹时，其步骤还包括：将另一镂刻有图纹的遮蔽层覆盖于第一晶体层的表面；在第一晶体层表面的遮蔽层的图纹镂空处生长一轮廓相应于镂空图纹的第二晶体层；最后，将遮蔽层自第一晶体层表面上移除，即可得到宝石表面层积有第一及第二晶体层数层的浮凸图纹。

如上所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中第一晶体层生长于宝石的一平滑表面或一凹陷表面，而凹陷表面可利用激光或蚀刻或机械加工形成。宝石欲形成图纹的表面积应尽量宽广及平坦光滑，以免造成图纹厚度与轮廓分布不均匀，以钻石为例，圆形(Round)、公主方(Princess)、祖母绿形(Emerald)、雷第恩(Radiant)的冠部桌面(Table)为图纹形成较适合的平面。

如上所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中宝石及第一晶体层的材质可为同质或异质，而宝石可以是具晶体结构的天然或人造宝石，如钻石、刚玉、锆石等；宝石可以先进行切削研磨加工成形或于图纹形成后加工亦可，但后者较易造成图纹损伤。宝石及第一晶体层的颜色可为相同颜色或不同颜色，可依照设计需求与构成图纹的色彩进行搭配，例如以黑白鲜明的对比色彩进行搭配。

如上所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中遮蔽层的材料为金属或陶瓷或金属和陶瓷的复合材料；而遮蔽层的镂空图纹，可以用机械冲压、车削、激光加工、化学蚀刻、电浆蚀刻等方式形成。

如上所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中晶体生长的方法选自化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)、物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition)、化学溶液法(Chemical SolutionDeposition)、脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition)、分子束磊晶法(Mo1ecular Beam Epitaxy)、电镀法(Electroplating)等至少一种方法或是各方法间彼此相互搭配混合使用。

如上述的任何一种晶体生长方法，均可由晶体生长条件等合成参数的调整而得到具特定色彩的宝石晶体。以化学气相沉积法(CVD)生长钻石为例，由于生长的温度会影响钻石晶体内部碳、氮与缺陷的行为变化，因此在晶体生长温度大于1300℃所生长的钻石晶体常呈深棕色或黑色，而小于1300℃所生长的钻石晶体颜色则为棕色或黄色。当CVD腔体内氮浓度非常少时，可生长出透明无色的钻石晶体(氮含量低于0.001％)。但当CVD腔体内氮浓度非常多时，则较易得到绿色的钻石晶体。此外，由于硼能使钻石产生蓝色，因此在钻石晶体生长过程中添加微量的硼则可得到蓝钻，但如果添加硼的量过多时(约一万个碳原子中有一个硼原子)，便会造成不透明的蓝黑色钻石。

除了CVD以外，其它的晶体生长方式亦同样可得到不同色彩的晶体，例如可利用脉冲激光沉积法(PLD)来进行晶体生长。脉冲激光沉积法为物理气相沉积法(PVD)的一种，又名激光熔损沉积法(LaserAblation Deposition)，其原理是利用高能量密度的脉冲激光照射于欲镀材料的靶材上，使靶材物质瞬间蒸发进而沉积于基材表面，常用于金属氧化物、金属氮化物或碳化物的生长。本发明依此法所使用的激光源并未限定，可依照所使用的靶材材料来选择适当的激光系统，一般镀膜常用的激光系统有Nd:YAG激光(波长1064nm或倍频系统)或KrF(波长248nm)准分子激光。由于此法具有维持生长晶体与靶材有着相同或接近的成份组成比例的特性，因此欲生长的晶体颜色色系可由靶材的颜色来决定，并且受到激光脉冲功率、晶体生长温度以及氧气分压的影响会呈现不同的色调(Hue)、明暗(Tone)以及透明度(Transparency)变化。例如欲使生长出的氧化锆晶体颜色具有红色色调，则可选用红色的氧化锆靶材，所使用的脉冲功率至少1mJ，重复频率为1Hz以上，生长温度可由室温至1000℃，氧分压为0-300mTorr进行色彩上的调整。基本上于较大的激光功率下，温度与氧分压越低可使氧化锆晶体的颜色越深且不透明。

如上所述的在宝石表面形成图纹的方法，还包括一镀膜步骤，在最后晶体层表面披覆一耐磨损的透明保护层，使图纹不会遭受外力碰撞而损伤。

经本发明如上方法所加工的宝石，除原珠宝饰品的用途外，亦可应用于如商标名牌、袖扣领章、精品吊饰、纪念品、开运护身符等装饰精品或物品。

附图说明

图1为本发明的在宝石表面形成图纹的方法的第一较佳实施例的步骤示意图。

图2为本发明的在宝石表面形成图纹的方法的第二较佳实施例的步骤示意图。

主要附图标记

11遮蔽层

12宝石

13表面

14图纹镂空处

15第一晶体层

16遮蔽层

17图纹镂空处

18第二晶体层

具体实施方式

以下列举至少一实施例具体说明本发明的较佳实施方式及其特性。

如图1所示的本发明的在宝石表面形成图纹的方法的第一较佳实施例的步骤示意图，其步骤包括：将至少一镂刻有图纹的遮蔽层11覆盖于欲形成图纹的宝石12中的一表面13；接着，在宝石表面的遮蔽层11的图纹镂空处14，利用晶体生长技术沉积生长一轮廓相应于镂空图纹的第一晶体层15；最后，将遮蔽层11自宝石表面上移除，即于宝石表面得到一凸出的图纹(即第一晶体层15)。

如图2所示的本发明的在宝石表面形成图纹的方法的第二较佳实施例的步骤示意图，完成上述步骤后所形成的图纹，可以是在宝石的其中一表面的单一图纹或多个图纹，或者图纹分散于多个表面。另外，若欲在已完成的图纹表面再层积数层的图纹，则可重复上述的在宝石表面形成图纹的步骤，包括：将另一镂刻有图纹的遮蔽层16覆盖于第一晶体层15的表面；在第一晶体层15表面的遮蔽层16的图纹镂空处17生长一轮廓相应于镂空图纹的第二晶体层18；在第一晶体层15生长完成后将遮蔽层11自第一晶体层15表面上移除。在上述较佳实施例中，由于第一晶体层15周围先套设遮蔽层11，因此遮蔽层16虽覆盖于第一晶体层15表面，亦同时套置于遮蔽层11表面；但，遮蔽层16可通过延伸脚或加大厚度的方式直接与宝石表面接触，而不必采遮蔽层堆栈的方式。

如上述的第一及第二具体实施例，其中宝石选用立方氧化锆宝石(cubic zirconia，俗名苏联钻)，而宝石形成图纹的表面为一特定的观赏面(通常选择宝石的最大表面)。另外，第一及第二具体实施例所利用进行晶体生长的方法为脉冲激光沉积法(PLD)，其中使用KrF准分子激光；PLD靶材选择立方氧化锆；脉冲或激光功率10-650mJ；重复频率为1-50Hz；晶体生长温度由室温至1000℃；氧分压为0-300mTorr。以PLD进行晶体生长，可由选择不同靶材及调整各条件参数，而获得不同颜色的晶体，例如：

第三实施例，使用黑色立方氧化锆靶材，激光功率为100mJ，重复频率为10Hz，晶体生长温度为室温，并且不额外通入氧气(氧气分压为0)的条件下进行生长，可生长出具有不透明的深黑色的立方氧化锆晶体。

第四实施例，靶材为红色立方氧化锆，激光功率80mJ、晶体生长温度为室温，但氧分压为30mTorr的条件下进行生长，可得到紫红色半透明的立方氧化锆晶体。

第五实施例，靶材仍为红色立方氧化锆，激光功率为50mJ，晶体生长温度维持室温，氧分压为50mTorr的条件下生长，则可形成白色的立方氧化锆晶体；然而当温度增加至300℃，所生长的立方氧化锆晶体将会形成淡褐色。

第六实施例，靶材仍为蓝色立方氧化锆，激光功率为100mJ，晶体生长温度维持室温，氧分压为15mTorr的条件下进行生长，则可形成蓝色的立方氧化锆晶体。

第七实施例，靶材为任一颜色立方氧化锆，激光功率为100mJ，晶体生长温度大于300℃，氧分压为50mTorr的条件下进行生长，则可形成透明无色的立方氧化锆晶体。

如上述第三至六实施例所生长的具有色彩的立方氧化锆晶体，可再经过一加热程序施以大于300℃的温度，以将具有色彩的立方氧化锆晶体变成透明无色。

依据上述选择不同靶材及调整各条件参数，可获得不同颜色的晶体的作法，可在一宝石上形成不同色彩组合的全彩图纹。例如图2所示的第二实施例，其中第一晶体层15可为一蓝色的氧化锆晶体，而第二晶体层18则为红色氧化锆晶体层，或是第一晶体层15表面还设置有一第三晶体层(图中未示)，而第三晶体层与第二晶体层18可为相同或不同层积高度、相同或不同颜色晶体，以便在宝石上构成一具有立体、丰富色彩的图形、文字。

在上述诸实施例中，当不同颜色图纹在同一宝石或晶体平面上呈现时，后加工的遮蔽片须要能遮住下层或前一次形成的图纹，以避免图纹形成于未规划的区域或位置。

以上实施例仅为说明本发明的较佳实施方式，并非用以限制本发明的权利范围，任何本领域的技术人员在参酌本发明如上公开的技术说明后，进行不背离本发明技术精神的改变、修饰，皆是可以的。因此，本发明的实际权利请求范围如本发明的权利要求中所述。

Claims

1.一种在宝石表面形成图纹的方法，其步骤包括：

将至少一镂刻有图纹的遮蔽层覆盖于欲形成图纹的宝石表面；

在宝石表面的遮蔽层的图纹镂空处沉积生长一轮廓相应于镂空图纹的第一晶体层；以及

将遮蔽层自宝石表面上移除。

2.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中第一晶体层生长于宝石的一平滑表面。

3.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中第一晶体层生长于宝石的一凹陷表面。

4.如权利要求3所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中宝石的凹陷表面用激光或蚀刻或机械加工形成。

5.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中宝石及第一晶体层的材质为同质或异质。

6.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中宝石及第一晶体层的颜色为相同颜色或不同颜色。

7.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中晶体生长的方法选自化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学溶液法、脉冲激光沉积法、分子束磊晶法、电镀法中的至少一种。

8.如权利要求7所述的在宝石表面形成图纹的方法，利用脉冲激光沉积法生长一晶体，其生长晶体的条件包括：靶材与宝石同质或异质；激光源为Nd:YAG激光或KrF准分子激光的其中一种；激光功率至少1mJ；重复频率为1Hz以上；生长温度为室温至1000℃；氧分压为0-300mTorr。

9.如权利要求8所述的在宝石表面形成图纹的方法，生长一不透明的深黑颜色的立方氧化锆晶体，其生长晶体的条件为：靶材为一黑色立方氧化锆；激光源为KrF准分子激光；激光功率100mJ；重复频率为10Hz；生长温度为室温；氧分压为0mTorr。

10.如权利要求8所述的在宝石表面形成图纹的方法，生长一紫红色半透明的立方氧化锆晶体，其生长晶体的条件为：靶材为一红色立方氧化锆；激光源为KrF准分子激光；激光功率80mJ；重复频率为10Hz；生长温度为室温；氧分压为30mTorr。

11.如权利要求8所述的在宝石表面形成图纹的方法，生长一白色的立方氧化锆晶体，其生长晶体的条件为：靶材为一红色立方氧化锆；激光源为KrF准分子激光；激光功率50mJ；重复频率为10Hz；生长温度为室温；氧分压为50mTorr。

12.如权利要求8所述的在宝石表面形成图纹的方法，生长一淡褐色的立方氧化锆晶体，其生长晶体的条件为：靶材为一红色立方氧化锆；激光源为KrF准分子激光；激光功率50mJ；重复频率为10Hz；生长温度为300℃；氧分压为50mTorr。

13.如权利要求8项所述的在宝石表面形成图纹的方法，生长一蓝色的立方氧化锆晶体，其生长晶体的条件为：靶材为一蓝色立方氧化锆；激光源为KrF准分子激光；激光功率100mJ；重复频率为10Hz；生长温度为室温；氧分压为15mTorr。

14.如权利要求9至13其中之一所述的在宝石表面形成图纹的方法，还包括一加热程序，以大于300℃的温度施于具有色彩的立方氧化锆晶体，使其颜色变成透明无色。

15.如权利要求8所述的在宝石表面形成图纹的方法，生长一透明无色的立方氧化锆晶体，其生长晶体的条件为：靶材为任一颜色的立方氧化锆；激光源为KrF准分子激光；激光功率100mJ；重复频率为10Hz；生长温度大于300℃；氧分压为50mTorr。

16.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其步骤还包括：

将另一镂刻有图纹的遮蔽层覆盖于第一晶体层的表面；

于第一晶体层表面的遮蔽层的图纹镂空处生长一轮廓相应于镂空图纹的第二晶体层；以及

将遮蔽层自第一晶体层表面上移除。

17.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，还包括一镀膜步骤，于第一晶体层表面披覆一耐磨损的透明保护层。

18.如权利要求1所述的在宝石表面形成图纹的方法，其中遮蔽层的材料为金属或陶瓷或金属和陶瓷的复合材料。