Декоративная подложка, особенно для искусственного ювелирного камня с эффектом цвета, и способ получения такого эффекта цвета для декоративной прозрачной подложки
Изобретение относится к декоративной подложке для искусственного ювелирного камня с эффектом цвета и способу получения такого эффекта цвета для декоративной прозрачной подложки. Декоративная подложка, особенно для искусственного ювелирного камня с эффектом цвета, сформирована как прозрачная подложка, которая содержит слои на ее задней стороне, причем эти слои напыляют и располагают в следующем порядке от задней стороны подложки: оптически модифицирующий слой толщиной от 2 до 80 нм, причем этот слой сформирован по меньшей мере из одного элемента или оксида из группы, включающей Gе, Si и оксиды Ti, Zr, Nb и Al, которые альтернативно легированы другими элементами, затем отражающий слой, сформированный но меньшей мере из одного металла или сплава из группы, включающей Au, Ag, Сu, Al, Cr, Ti, алюминиевые бронзы и сплавы Au, Ag и Сu и имеющий толщину, обеспечивающую максимально возможное отражение падающего видимого света в зависимости от спектральной отражательной способности материала, из которого выполнен отражающий слой, обратно в прозрачную подложку, затем промежуточный слой, имеющий толщину от 10 до 100 нм, причем этот слой сформирован по меньшей мере из одного металла из группы, включающей Ti, Cr и Сu, и затем слой защитного лака. Техническим результатом группы изобретений является сочетание оптически модифицирующего слоя и отражающего слоя и обеспечение выборочного отражения цвета видимого света обратно в камень и оттуда наблюдателю посредством взаимодействия между видимым сетом и такими слоями. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 пр.
Область техники
Настоящее изобретение относится к декоративной подложке, причем подложка предназначена специально для искусственного ювелирного камня, имеющего эффект цвета, в частности эффект, моделирующий окраску природных самоцветов. Кроме того изобретение относится к способу получения такого эффекта цвета декоративной прозрачной подложки. В рамках настоящего изобретения термин "прозрачная подложка" должен пониматься как любой продукт, который прозрачен в видимой области света. Такая прозрачная подложка может быть образована особо искусственным ювелирным камнем, предпочтительно прозрачным дешевым ювелирным камнем, изготовленным искусственно, например из стекла или пластика, который предпочтительно не окрашен никаким способом. Для упрощения последующего описания изобретение далее будет описано в отношении прозрачного искусственного ювелирного камня, даже если все, что сказано в данном контексте, будет действительно и для других прозрачных подложек, определение которым дано выше. Что касается эффекта цвета, который должен быть получен для прозрачной подложки, то дело касается эффекта цвета, который не изменяет свой цвет при рассмотрении под разными углами со стороны, на которой этот эффект цвета должен проявляться, т.е. со стороны, которая видима для смотрящего. Эта видимая сторона далее будет именоваться передней стороной декоративной подложки, и противоположная сторона, не проявляющая эффект цвета, будет именоваться обратной стороной декоративной подложки.
Уровень техники
Основной мотивацией расцвечивания искусственных камней, т.е., искусственно полученных дешевых и ювелирных камней, является попытка достигнуть такой окраски этих камней, которая типична для природных полудрагоценных и драгоценных камней. Технологии расцвечивания искусственных ювелирных камней хорошо известны. Например, технология, используемая для стеклянных искусственных ювелирных камней, заключается в том, что подцвечивающее вещество добавляют в партию стекла, предназначенную для изготовления камней, и подцвечивающее вещество при поглощении части видимого света создает желательную окраску искусственного ювелирного камня. Недостаток этого способа расцвечивания искусственных ювелирных камней заключается в частности в том, что этот способ требует больших расходов средств и энергии. С одной стороны, необходимо использовать относительно большое количество первоклассного и относительно ценного подцвечивающего вещества для расцвечивания всей массы партии стекла, с другой стороны, необходимо подмешивать это вещество очень равномерно в партию стекла, причем для этой операции требуется большое количество энергии. Еще один недостаток заключается в том, что для получения одинаковой окраски камней разных размеров необходимо всегда иметь конкретную формулу для каждой узкой категории искусственных ювелирных камней. Количество таких формул намного превышает количество цветов в каталогах, и часто очень трудно добиться воспроизводимости окраски. Некоторые цветовые оттенки в таких случаях могут быть получены только после второй тепловой обработки произведенного стекла, причем процесс тепловой обработки является еще одной причиной неравномерностей в воспроизводимости окраски.
Одним способом расцвечивания ювелирных камней является диффузия ионов, например, диффузия титана, железа или кобальта в ювелирный камень. Тем не менее, такие процессы диффузии, описанные, например, в патентах США №2,690,630 и 4,039,726, традиционно ограничены конкретными ионами и конкретными прозрачными подложками, где такими подложками являются, например, сапфир и топаз. Более того, эти способы диффузии осуществляют при исключительно высоких температурах, что часто приводит к растрескиванию или иным повреждениям ювелирного камня, причем такие способы требуют более длительного времени, например, больше суток.
Еще одним способом является расцвечивание поверхности искусственного ювелирного камня органическими красителями, например, с использованием золь-гель технологии. Тем не менее, эта технология не обеспечивает достаточной стойкости цветных слоев и ухудшает оптический эффект, достигаемый при машинной шлифовке и полировке.
В последнее время уделяется большое внимание расцвечиванию бесцветных ювелирных камней или модификации цветов ювелирных камней путем напыления поглощающего слоя на заднюю сторону камней, причем такой слой сформирован из одного или нескольких частичных слоев, поглощающих свет в некоторых областях видимого спектра, что дает соответствующую окраску ювелирного камня. Эта технология поглощающих покрытий раскрыта, например, в патенте США №5,853,826. Там упомянуто неопределенное сочетание поглощающих слоев со слоем, имеющим высокий показатель преломления, который также вызывает частичное преломление света, но значительная часть света проходит через этот слой. Тем не менее, недостаток этого решения заключается в том, что камни, расцвеченные таким образом, могут иметь изменение оттенка при изменении угла наблюдения. Подобная технология поглощающих слоев, дающих оттенок, который не изменяется вместе с углом наблюдения, описана, например, в патенте США №7,137,275 В2, где желательный эффект достигается путем нанесения покрытия из прозрачных или частично прозрачных слоев, т.е., слоев, которые по меньшей мере частично проницаемы для таких областей видимого света, которые не поглощены упомянутым поглощающим покрытием. Некоторая часть света может при определенных геометрических условиях проходить через камень, никак не способствуя окраске и яркости камня. Ювелирные камни обычно разрабатываются с учетом высокого показателя преломления материалов, из которых их изготавливают, чтобы в максимальной степени использовать совокупное преломление на оптической поверхности раздела, этим отличаясь от камней, изготовленных из материалов с более низким показателем преломления, например, из стекла, где целесообразно использовать специальный слой преломляющего покрытия на задней стороне камня.
Предмет изобретения
Предмет настоящего изобретения заключается в нанесении на заднюю стороне подложки, особенно ювелирного камня, системы из по меньшей мере двух оптически функционирующих слоев, причем более дальний слой от задней стороны покрытой подложки (ниже - "отражающий слой") имеет нулевой коэффициент пропускания в области видимого света и отражает максимально возможное количество видимого света, в зависимости от спектральной отражательной способности материала; обратно в камень, а слой рядом с задней поверхностью подложки (ниже - "оптически модифицирующий слой") имеет выборочное поглощение некоторых компонентов видимого света и далее модифицирует получаемый цветовой тон света, попадающего в камень, причем интерференция отраженного света может далее участвовать в такой модификации в толщине используемого оптически модифицирующего слоя. Поэтому изобретение основано на упомянутом сочетании оптически модифицирующего слоя и отражающего слоя и обеспечивает выборочное отражение цвета видимого света обратно в камень и оттуда наблюдателю посредством взаимодействия между видимым светом и такими слоями.
Целью настоящего изобретения поэтому является декоративная подложка, особенно искусственный ювелирный камень, имеющий эффект цвета, и предмет его заключается в том, что он образован прозрачной подложкой, которая содержит следующие слои на задней стороне, напиленные в следующем порядке с задней стороны подложки: оптически модифицирующий слой толщиной от 2 до 80 нм, причем слой образован по меньшей мере одним элементом или оксидом из группы, включающей Ge, Si и оксиды Ti, Zr, Nb и Аl, которые альтернативно легированы другими элементами, отражающий слой, образованный по меньшей мере одним металлом или сплавом из группы, включающей Au, Ag, Сu, Аl, Сr, Ti, алюминиевые бронзы, содержащие в дополнение к Аl и Сu другие элементы, особенно Fe, Ni, например, CuAl10Fel, CuAl10Ni5Fe4 и сплавы Au, Ag и Сu, и имеющий толщину, обеспечивающую нулевой коэффициент пропускания и отражения максимально возможной части падающего видимого света в зависимости от спектральной отражательной способности материала, из которого выполнен отражающий слой, обратно в прозрачную подложку, промежуточный слой, имеющий толщину от 10 до 100 нм, причем этот слой, выполненный по меньшей мере из одного металла из группы, включающей Ti, Сr и Сu, защищает отражающий слой и обеспечивает хорошее сцепление лака, и, наконец, защитный слой лака.
Предпочтительно декоративная подложка содержит, между оптически модифицирующим слоем и отражающим слоем, адгезионный слой толщиной от 2 до 15 нм, причем адгезионный слой выполнен по меньшей мере из одного оксида металла из группы металлов, включающей Аl, Ti, Zr и Sn, и повышает взаимную адгезию отражающего слоя и оптически модифицирующего слоя.
Оптически модифицирующий слой предпочтительно имеет толщину от 15 до 40 нм. Отражающий слой предпочтительно имеет толщину от 60 до 200 нм, более предпочтительно от 90 до 140 нм.
Промежуточный слой предпочтительно имеет толщину от 20 до 60 нм. Адгезионный слой предпочтительно имеет толщину от 3 до 10 нм.
Целью изобретения также является способ получения цветового эффекта декоративной прозрачной подложки, особенно для искусственного ювелирного камня, причем предмет изобретения заключается в том, что задняя сторона прозрачной подложки должна быть покрыта, предпочтительно способом вакуумного напыления, следующими слоями, напыляемыми в следующем порядке от задней стороны прозрачной подложки: оптически модифицирующий слой толщиной от 2 до 80 нм, причем слой образован по меньшей мере одним элементом или оксидом из группы, включающей Ge, Si и оксиды Ti, Zr, Nb и Аl, которые альтернативно легированы другими элементами, отражающий слой, образованный по меньшей мере одним металлом или сплавом из группы, включающей Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, алюминиевые бронзы, содержащие в дополнение к Аl и Сu другие элементы (Fe, Ni), например, CuAl10Fel, CuAl10Ni5Fe4 и сплавы Au, Ag и Сu, имеющий толщину, обеспечивающую нулевой коэффициент пропускания и отражения максимально возможной части падающего видимого света в зависимости от спектральной отражательной способности материала, из которого выполнен отражающий слой, обратно в прозрачную подложку, промежуточный слой, имеющий толщину от 10 до 100 нм, причем этот слой защищает отражающий слой, обеспечивает высокую адгезию лака и образован по меньшей мере одним металлом из группы, включающей Ti, Cr и Сu, и затем задняя сторона должна быть покрыта слоем защитного лака. Предпочтительно адгезионный слой толщиной от 2 до 15 нм должен быть нанесен путем вакуумного напыления между оптически модифицирующим слоем и отражающим слоем, причем адгезионный слой образован по меньшей мере одним оксидом металла из группы металлов, включающей Al, Ti, Zr и Sn.
Декоративная подложка с напыленными слоями должна быть предпочтительно термообработана при температуре выше 150°C, но ниже температуры, при которой может произойти повреждение любого из слоев или спонтанное взаимодействие между слоями, причем продолжительность термообработки составляет от 0,5 до 8 часов, более предпочтительно при температуре от 160 до 280°C в течение 0,5-2 часов. Напыленный оптически модифицирующий слой предпочтительно должен иметь толщину от 15 до 40 нм.
Напыленный отражающий слой предпочтительно должен иметь толщину от 60 до 200 нм, более предпочтительно от 90 до 140 нм. Напыленный промежуточный слой предпочтительно должен иметь толщину от 20 до 60 нм.
Напыленный адгезионный слой предпочтительно должен иметь толщину от 3 до 10 нм. Способ достижения эффекта цвета для декоративной прозрачной подложки согласно изобретению представляет собой очень эффективную систему расцвечивания прозрачных подложек, которая сохраняет все преимущества, получаемые при расцвечивании прозрачных подложек, в существующем уровне техники путем напыления поглощающих слоев на заднюю сторону подложки, причем преимущества заключаются в сущности в том, что данная композиция поглощающих слоев дает одинаковую окраску подложки независимо от угла зрения и независимо от размера подложки, а также в том, что острота краев и гладкость поверхности, достигаемые при машинной шлифовке и полировке передней стороны декоративной подложки, сохраняются, более того, эта система дает высокую насыщенность окраски и яркость декоративной подложки. Это имеет место благодаря тому, что последовательные слои на задней стороне декоративной подложки согласно изобретению совместно вступают во взаимодействие с белым светом. Из-за типа этих слоев на них происходят поглощение, отражение и интерференция, и получаемый эффект достигается за счет объединения этих явлений. Более того, при использовании прозрачной, но цветной подложки могут быть достигнуты другие сочетания цветов при сохранении преимуществ, предлагаемых изобретением. Упомянутые сочетания цветов вызваны сочетанием упомянутых явлений при поглощении части спектра цветной прозрачной подложкой. Можно получить конкретную окраску путем выбора поглощающих компонентов и их количества в оптически модифицирующем слое и путем выбора материала отражающего слоя.
Промежуточный слой действует как защитный для отражающего слоя и как средство достижения хорошей адгезии защитного слоя лака с отражающим слоем. Задача последовательной термообработки декоративной подложки, если это необходимо, заключается в получении улучшенной стабильности цвета, улучшенной когезии и адгезии отдельных слоев. Такую термообработку выполняют при вышеуказанных температурах и в течение вышеупомянутого времени. Для того, чтобы поднять температуру до указанной температуры термообработки и снизить температуру после температурной обработки можно использовать температурный режим, определяемый, исходя из типа прозрачной подложки и используемых слоев, по опыту работников, выполняющих термообработку.
Изобретение будет далее объяснено в следующей части описания на фактических примерах его осуществления, хотя эти примеры ни в коей мере не ограничивают объем изобретения, который однозначно определен формулой изобретения.
Примеры осуществления изобретения
Пример 1
Задняя сторона шлифованного и полированного стеклянного камня, изготовленного из бесцветной массы была последовательно покрыта оптически модифицирующим слоем, отражающим слоем и промежуточным слоем. Оптически модифицирующий слой выполнен из оксида титана толщиной 40 нм. Этот слой был сформирован путем реактивного магнетронного напыления из титановой мишени в атмосфере аргона и кислорода при давлении 0,5 Па. Отражающий слой выполнен из серебра толщиной 80 нм и обеспечивает отражение максимально возможного количества падающего света. Этот слой может быть создан путем напыления из серебряной мишени в инертной атмосфере аргона при давлении 0,5 Па. Промежуточный слой выполнен из титана толщиной 80 нм. Этот слой может быть создан путем напыления из титановой мишени в инертной атмосфере аргона при давлении 0,5 Па. Для формирования упомянутых слоев использовали лабораторное оборудование для напыления, работающее по принципу магнетронного напыления. Напыление всех вышеупомянутых слоев выполнили за один вакуумный цикл. Слой защитного лака из алкидного полиуретана с пластинчатым пигментом нанесли на промежуточный слой в покрасочной кабине после упомянутых операций, причем количество пластинчатого пигмента было таким, чтобы после сушки защитного лака толщина составила 15 мкм. Стеклянный камень затем обжигали в течение 1 часа при температуре 180°C. Полученная таким образом многослойная система придает стеклянному камню синий оттенок.
Пример 2
Задняя сторона шлифованного и полированного стеклянного камня, изготовленного из бесцветной массы была последовательно покрыта оптически модифицирующим слоем, адгезионным слоем, отражающим слоем и промежуточным слоем. Оптически модифицирующий слой выполнен из оксида титана толщиной 50 нм. Этот слой может быть создан путем реактивного магнетронного напыления из титановой мишени в атмосфере аргона и кислорода при давлении 0,5 Па. Адгезионный слой сформирован из оксида алюминия толщиной 3 нм. Отражающий слой сформирован из алюминиевой бронзы CuAl10Fel толщиной 100 нм. Этот слой может быть создан путем напыления из мишени из сплава в инертной атмосфере аргона при давлении 0,5 Па. Промежуточный слой сформирован из титана толщиной 40 нм. Этот слой может быть создан путем напыления из титановой мишени в инертной атмосфере аргона при давлении 0,5 Па. Для формирования упомянутых слоев использовали лабораторное оборудование для напыления, работающее по принципу магнетронного напыления. Напыление всех вышеупомянутых слоев выполнили за один вакуумный цикл. Слой защитного лака из алкидного полиуретана с пластинчатым пигментом нанесли на промежуточный слой в покрасочной кабине после упомянутых операций, причем количество пластинчатого пигмента было таким, чтобы после сушки защитного лака толщина составила 15 мкм. Стеклянный камень затем обжигали в течение 1 часа при температуре 180°C. Полученная таким образом многослойная система придает стеклянному камню коричневый оттенок.
1. Декоративная подложка, особенно для искусственного ювелирного камня с эффектом цвета, отличающаяся тем, что она сформирована как прозрачная подложка, которая содержит слои на ее задней стороне, причем эти слои напыляют и располагают в следующем порядке от задней стороны подложки: оптически модифицирующий слой толщиной от 2 до 80 нм, причем этот слой сформирован но меньшей мере из одного элемента или оксида из группы, включающей Gc, Si и оксиды Ti, Zr, Nb и Al, которые альтернативно легированы другими элементами, затем отражающий слой, сформированный по меньшей мере из одного металла или сплава из группы, включающей Au, Ag, Cu, Al, Сr, Ti, алюминиевые бронзы и сплавы Au, Ag и Си и имеющий толщину, обеспечивающую максимально возможное отражение падающего видимого света в зависимости от спектральной отражательной способности материала, из которого выполнен отражающий слой, обратно в прозрачную подложку, затем промежуточный слой, имеющий толщину от 10 до 100 нм, причем этот слой сформирован по меньшей мере из одного металла из группы, включающей Ti, Сr и Сu, и затем слой защитного лака.
2. Декоративная подложка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит между оптически модифицирующим слоем и отражающим слоем адгезионный слой толщиной от 2 до 15 нм, сформированный по меньшей мере из одного оксида металла из группы металлов, включающей Al, Ti, Zr и Sn.
3. Декоративная подложка по п.1, отличающаяся тем, что оптически модифицирующий слой имеет толщину от 15 до 40 нм.
4. Декоративная подложка по п.1, отличающаяся тем, что отражающий слой имеет толщину от 60 до 200 нм.
5. Декоративная подложка по п.4, отличающаяся тем, что отражающий слой имеет толщину от 90 до 140 нм.
6. Декоративная подложка по п.1, отличающаяся тем, что промежуточный слой имеет толщину от 20 до 60 нм.
7. Декоративная подложка по п.2, отличающаяся тем, что адгезионный слой имеет толщину от 3 до 10 нм.
8. Способ получения эффекта цвета для декоративной прозрачной подложки, особенно для искусственного ювелирного камня, предназначенный для получения декоративной подложки по некоторым из пп.1-7, отличающийся тем, что заднюю сторону прозрачной подложки покрывают путем вакуумного напыления следующими слоями, напыляемыми в следующем порядке от задней стороны прозрачной подложки: оптически модифицирующий слой толщиной от 2 до 80 нм, причем этот слой сформирован по меньшей мере из одного элемента или оксида из группы, включающей Gc, Si и оксиды Ti, Zr, Nb и Аl, которые альтернативно легированы другими элементами, затем отражающий слой, сформированный по меньшей мере из одного металла или сплава из группы, включающей Au, Ag, Сu, Аl, Сr, Ti, алюминиевые бронзы и сплавы Au, Ag и Cu, и имеющий толщину, обеспечивающую максимально возможное отражение падающего видимого света в зависимости от спектральной отражательной способности материала, из которого выполнен отражающий слой, обратно в прозрачную подложку, затем промежуточный слой, имеющий толщину от 10 до 100 нм, причем этот слой сформирован по меньшей мере из одного металла из группы, включающей Ti, Сr и Сu, и затем заднюю сторону покрывают слоем защитного лака.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что между оптически модифицирующим слоем и отражающим слоем путем вакуумного напыления напыляют адгезионный слой толщиной от 2 до 15 нм по меньшей мере из одного оксида металла из группы металлов, включающей Al, Ti, Zr и Sn.
10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что декоративную подложку с напыленными слоями подвергают термообработке продолжительностью от 0,5 до 8 ч при температуре выше 150°С, но ниже температуры, которая может вызвать повреждение любого из слоев или нежелательное взаимодействие между слоями.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что декоративную подложку с напыленными слоями подвергают термообработке продолжительностью от 0,5 до 2 ч при температуре от 160°С до 280°С.
12. Способ по п.8, отличающийся тем, что оптически модифицирующий слой напыляют до толщины от 15 до 40 нм.
13. Способ по п.8, отличающийся тем, что отражающий слой напыляют до толщины от 60 до 200 нм, особенно до толщины от 90 до 140 нм.
14. Способ по п.8, отличающийся тем, что промежуточный слой напыляют до толщины от 20 до 60 нм.
15. Способ по п.9, отличающийся тем, что адгезионный слой напыляют до толщины от 3 до 10 нм.
