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Verfahren zur Herstellung eines künstlichen Schmucksteines
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines künstlichen Schmucksteines durch Aufbringen eines reflexionserhÏhenden Belages auf Oberflächen eines aus durchsichtigem Werkstoff bestehenden Schmucksteinformkôrpers. Es ist bekannt, dass durchsichtige Edelstein, wie Diamant und Halbedelsteine mit einer derartigen geometrischen Anordnung der den fertigen Schmuckstein begrenzenden Flächen geschliffen werden können, dass Lichtstrahlen, welche von der Beschauerseite her einfallen, auf Grenzflächen im Innern des Steines unter einem solchen Winkel auftreffen dass eine mehr oder weniger starke, gegebenenfalls mehrfache Totalreflexion des einfallenden Lichtes in Richtung zum Beschauer erfolgt.
Dieser Effekt, der angestrebt wird, weil er dem Schmuckstein"Feuer"und"Brillanz"verleiht, war bisher nur bei solchen durchsichtigen Werkstoffen erzielbar, die einen hinreichend hohen Brechungsindex aufwiesen. Der Grund hiefür liegt darin, dass nur bei genügend hochbrechenden Substanzen der Grenzwinkel GR der Totalreflexion, gemessen zwischen der Richtung des im Innern des Steines auf eine Grenzfläche auftreffenden Lichtstrahls und dem Lot auf die Grenzfläche, hinreichend klein bleibt. Für die Reflexion an einer Glas-Luft-Grenzfläche gilt bekanntlich die Beziehung
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hohes Reflexionsverm6gen. bei dickeren Verspiegelungsschichten zu erzielen und dafür wegen der starken .
Lichtabsorption einer jeden Metallifchicht eine wesentlich geringere Durchlässigkeit ia Kauf zu nehmen oder umgekehrt.
Darüber hinaus müssen Schichten aus Silber und Aluminium, welche allein far genUgend hoch reflektierende metallischeBellge praktisch in Frage kommen, durch einen Überzug aus Lack od. dgl. gegen chemische und mechanische Einwirkungen geschützt werden. Eine solche Lackschicht weist aber stets eine mehr oder weniger wellige Oberfläche auf und ist auch häufig optisch inhomogen, was zur Folge hat, dass die Belagseite der Steine unansehnlich wirkt. Man erzielt bei solchen Steinen zwar ein besseres Aussehen der Vorderfläche als unbelegten Steinen eigen ist, jedoch wird für diesen Vorteil eine umso schlechtere Schmuckwirkung bei Ansicht des Steines von der Rückseite her in Kauf genommen.
Ein anderer Nachteil der mit Metallschichten belegten Steine Ist darin zu sehen, dass die praktisch in Frage kommenden Metalle, Silber und Aluminium, in dünnen, noch durchscheinenden Schichten bläu-
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Aufbringen eines reflexionserhöhenden Belages auf Oberflächen eines aus durchsichtigem Werkstoff beste- henden Schmucksteinformkörpers vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf die Oberflächen des Schmucksteinformkörpers, die auf der vom Beschauer abgewandten Seite liegen, wenigstens eine sicht-
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Brechungsindex des Schmucksteinformkörpers.
Ein nach diesem Verfahrenhergestellter künstlicher Schmuckstein besitzt nicht mehr die Nachteile eines mit Metallschichten überzogenen, sondern erlaubt, wie ein natürlicher Stein aus einem Material hohen Brechungsindex'z. B. Diamant, einen optimalen Kompromiss zwischen Lichtreflexion und -durchläs-
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nen ganz wesentlich zu steigern.
Eine Grenzfläche des Steines, die mit einem höher brechenden Schichtmaterial überzogen ist, reflektiert nämlich nicht bloss in dem Masse wie die Grenzfläche eines massiven Werkstoffes mit gleich hohem Brechungsindex reflektieren würde, sondern noch mehr, da beide Seiten der aufgebrachten Schicht reflektieren und sich im Reflexionsvermögen addieren, wobei man lediglich in an sich bekannter Weise vermeiden muss, die Dicke der Schicht gerade so zu bemessen, dass das von beiden Grenzflächen der Schicht reflektierte Licht sich durch interferentielle Auslöschung gegenseitig schwächt. Dies ist leicht zu vermeiden, indem man die hochbrechende Schicht dünner oder dicker macht als der Auslöschungsdicke entspricht.
Praktisch geschieht die richtige Einstellung der Dicke am einfachsten dadurch, dass man die Schichten im Vakuumaufdampfverfahren herstellt und die Aufdampfung unterbricht, sobald mittels eines Ref1exionsmessgerätes oder mit freiem Auge, was bei einiger Übung durchaus mög- lich ist festgestellt wird, dass man das erste Interferenzmaximum der mit'den verwendeten Werkstoffen erhältlichen Reflexion erreicht hat. Die optische Dicke einer solchen Schicht beträgt dann gerade X/4, wo-
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zogenen Steinen wird bei den nach der Erfindung hergestellten Steinen, so wie bei natürlichen hochbrechenden Steinen, z. B. Diamant, alles Licht verwertet, da die aufgebrachten nichtmetallischenSchichten keine merkliche Absorption aufweisen.
Geeignet als Schichtmaterialien sind z. B. die Schichten aus Titandioxyd, die im Aufdampfverfahren mit einem Brechungsindex bis zu 2, 6 hergestellt werden können. Schichten aus Ceroxyd mit einem Brechungsindex von n = 2.'0 sind ebenfalls sehr brauchbar. Desgleichen eignen sich schichten aus andern seltenen Erden und allen jenen ändern Materialien, die in der Technik der Herstellung dünner hochbrechender Schichten für optische Zwecke allgemein gebräuchlich sind. Ob eine bestimmte Schicht bezüglich ihres Brechungsindex für Zwecke der Erfindung geeignet ist, richtet sich nach der Unterlage.
Ist der Brechungsindex der Schicht kleiner als derjenige der Unterlage, wirkt eine solche Schicht stets mehr oder weniger reflexionsvermindernd, ist er dagegen grösser als der Brechungsindex der Unterlage, ergibt sich stets eine mehr oder weniger starke Reflexionserhöhung. Auf den Absolutwert des Brechungsindex'kommt es bezüglich dieser grundsätzlichen Wirkung dagegen nicht an. Der Absolutwert ist neben der Schichtdicke nur insofern von Belang, als er die Grösse des Unterschiedes der Bredhungsiadizes von Schicht und Unterlage, und damit das Ausmass der erzielbaren Reflexionsverminderung oder-erhöhung bestimmt.
Für die vorliegende Erfindung kommt es nun stets darauf an, durch die auf den Schmucksteinformkörper aufzubringende Schicht eine Reflexionserhöhung bei Vermeidung einer Absorption sichtbaren Lichtes zu erzielen, um damit die Wirkung eines Schmucksteines aus massivem, höher brechendem Material (Diamant, Zirkonoxyd u. dgl.) in etwa zu imiteren. Um diese reflexionserhöhende Wirkung zu erreichen, ist es aber zwingend, dass die aufgebrachte Schicht einen höheren Brechungsindex als die Unterlage auf-
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weist. Diese Angabe ist daher wichtiger als die Angabe eines Absolutwertes des Brechungsindexes. Eine Schicht mit einem bestimmten Absolutwert des Brechungsindexes könnte je nachdem, ob für die Schmucksteinformkörper z.
B. das eine Mal Glas, das andere Mal Kunststoff verwendet wird, den Ansprüchen der Erfindung genügen oder nicht.
Bekanntlich stehen Schichtmaterialien optischer Qualität zur Verfügung, welche härter und chemisch widerstandsfähiger sind als Glas. Solche Schichten erfordern keinen zusätzlichen Schutzbelag und besitzen eine völlig glatte Oberfläche.
Es sollen bei der Herstellung erfindungsgemässer künstlicher Schmucksteine nur diejenigen Flächen mit einer höherbrechenden Schicht belegt werden, welche vom Beschauer abgewandt sind. Man erzielt hiedurch einen besonderen Effekt, nämlich, dass die Reflexion der vorderen, nicht belegten Seite geringer ist als diejenige der belegten Rückseite. (Gegebenenfalls kann der letztgenannte Effekt durch eine zusätzliche, an sich bekannte reflexionsvermindernde Schicht auf der Vorderseite sogar noch gesteigert werden. ) Zu hohe Vorderflächenreflexion ist unerwünscht, weil diese nicht in dem Masse zur Tiefenwirkung und Brillanz des Steines beiträgt wie die Reflexion von Licht, welches in das Innere des Steines hineinge- brochen wurde und dann nach gegebenenfalls erst mehrmaliger Reflexion wieder aus ihm austritt.
Wenn nämlich die Vorderflächenreflexion zu stark ist, bringt dies das Aussehen oberflächlichen Glänzen und Glitzerns mit sich, wodurch der Eindruck eines billigen Massenerzeugnisses erweckt wird, was von den Trägerinnen solchen Schmuckes begreiflicherweise vermieden werden möchte. Bei dervorbekannten rückseitigen metallischen Verspiegelung von Steinen war natürlich ebenfalls die rückseitige Reflexion stärker als die vorderseitige, doch hatte diese metallische Verspiegelung, obwohl an der Rückseite angebracht, trotzdem ein unerwünschtes metallisches Glänzen zur Folge.
An Stelle nur einer Schicht können zwecks Herstellung eines künstlichen Schmucksteines nach der Erfindung auch mehrere, nicht merklich absorbierende Schichten übereinander auf dem Schmucksteinformkörper aufgebracht werden. Doch ist zur Erzielung des Erfindungszweckes hiebei darauf zu achten, dass bei einer solchen Kombination in an sich bekannter Weise der Brechungsindex und die Dicke der Einzelschichten so bemessen wird, dass im wesentlichen weisses Licht reflektiert wird. Eine nennenswerte Farbwirkung infolge Interferenz soll bei den Schmucksteinen nach der Erfindung vermieden werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines künstlichen Schmucksteines durch Aufbringen eines reflexionserhöhenden Belages auf Oberflächen eines aus durchsichtigem Werkstoff bestehenden Schmucksteinformkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberflächen des Schmucksteinkörpers, die auf der vom Beschauer abgewandten Seite liegen, wenigstens eine, sichtbares Licht nicht absorbierende dünne Schicht aufgebracht wird, deren Brechungsindex grösser ist als der Brechungsindex des Schmucksteinformkörpers.