CN101600811A - 个性化珠宝合金及其制造方法 - Google Patents

Abstract

该新颖方法能够生产个性化的珠宝合金和个性化的象征饰品，如金属材料的珠宝制品。其中，第一步，将源自至少一位特定、可明确识别的人或一群可明确识别的人的含碳有机基材转化成碳化原料；第二步，通过物理－化学方法(通过固熔成型，或外相或析出成型)，将至少一部分碳化原料导入至金属材料中。该新方法和新珠宝合金能够生产与期望对象有直接的物质联系或实质性联系的象征性制品，而且方法简单，也不会限制设计的自由。在实施例中，通过碳化生产了一种铁制纪念品或生产了至少含3％碳的一对金－钛戒指。

Description

个性化珠宝合金及其制造方法

本发明涉及一种按照专利权利要求1前序部分所述实现金属材料个性化的方法，以及按照专利权利要求19前序部分所述个性化装饰合金。

个性化或个人化的象征性制品，如珠宝、饰品和纪念品，是人类基本需求。很多人希望拥有一件独特的、个人的饰品，以展示自己的与众不同，或是表达与他人或另一生命体之间的重要关系或联系。制作个人化饰品第一步是对标准饰品进行机械加工，如雕刻，这通常需要花费很长时间。在这个工艺过程中，例如，可以将结婚双方的名字和结婚纪念日刻在婚戒上。但实际上，与结婚对象存续的这种联系仅体现在纯理想和精神上。因而这种方法制作成的饰品与期望对象之间缺乏直接的物质联系或实质性联系。

甚至在数千年前，人类的这种需求就促进了这种饰品在许多文化中的发展。例如，在饰品中适当的容置空间里存放某个人的一绺头发。在保管遗物的圣坛(sacred sphere)中就有很多这样的饰品。但目前在西方国家文化中，保存人体部件，如骨头或牙齿，在一定程度上已成为一种禁忌，甚至带有些恐怖的色彩。因而，必须寻求其他替代品。

为此，日本专利申请JP2002085116公开了一种饰品，将人的头发通过树脂嵌进饰品上开的一个小孔里。该饰品尽管与期望对象建立了物质上的联系，但艺术家或金匠的创作自由却受到很大限制，因为他必须为树脂/头发混合物提供足够大的容置空间。而且由于饰品和嵌入的树脂/头发混合物很容易被分离开，所以与饰品依旧缺乏紧密联系。

专利申请US2002/0025392描述了一种利用含有人或动物骨灰的玻璃来生产纪念品的方法。骨灰与一种玻璃形成添加剂进行混合，然后加工成粉末，继而将生成的玻璃制成纪念品。该生产工艺中，骨灰会造成玻璃中出现一些杂质。由此，用户会认为玻璃及其纪念品制作不够精细，已经被骨灰所污染。因而，这些纪念品很难被市场所接受。

专利申请WO03/008084披露了一种用人或动物中所含碳生产人造宝石的工艺方法。人或动物遗体在火化时会产生碳。骨灰过滤后，进行卤素净化，然后将其石墨化。制得石墨后，采用传统的升华技术生产宝石。

WO2006/082259披露了另一种生产个人化人造宝石或钻石的工艺方法。部分碳是将人或动物所含角蛋白，如一缕头发，碳化后所获得。这些宝石的缺点之一是价格昂贵，主要是由于生产工艺繁杂所致。人造个人化宝石的生产工艺相当复杂，需要大量的原料、复杂的提纯工艺和生产设备。而且，由于结构上的原因，这些宝石不能作为普通装饰物使用。

德国公开的专利DE1255629则提供了一种将至少部分含有人或动物毛发的原料进行碳化后生产富碳原料的方法。

专利US6382111B1描述了另一种用火化残余物(例如人或动物火化后的骨头和骨灰)生产纪念品的方法。根据说明书和专利权利要求1所述，该技术非常关键的一步是煅烧残余物，以除去大部分有机成分和碳。一个实施例中指出，将以这种方式煅烧后的骨灰添加至金属熔体中。骨灰与金属不相溶合，且由于骨灰密度较低，因而会漂浮在金属上，金属冷却后，骨灰沉淀在最终产品的表面之上。冷却后，最终产品进一步被机械加工成一个金属薄片，将载有骨灰的一侧放置在一起，通过冷挤压使至少部分骨灰进入金属材料中。在另一个实施例中，专利US6382111B1描述的生产方法是将铜粉和细颗粒煅烧骨灰进行混合，并添加PVA粘结剂。将该混合物冷挤压后，加热熔化。进行冷却后，对熔有骨灰的铜进行抛光。这种通过将骨灰机械地压入金属材料中，再用该金属材料制作饰品的方法所生产出的个性化饰品存在很多缺点：骨灰仅是通过机械力结合在饰品的表面或内部，耐久性或材料兼容性能就会差一些；在冷却状态下，加工形成的个性化外形也非常有限，而也不可能在加热状态下或对金属熔体进行加工，因为如此以来，骨灰与金属会呈分离状态且浮在其上面。

因而，本发明的目的是提供一种实现金属材料个性化的方法，且该方法能克服上述所有缺点。

本发明另一个目的是制作一种个性化金属材料，由于其性能经过改进，故而可适于生产象征性制品。这种新材料加工方式简单、生产成本低、且可以进行少量生产，不会限制工艺师的创作自由，可随意进行设计。

本发明的目的通过独立权利要求1和19所述方法和装饰合金的技术特征得以实现。从属权利要求2～18和20～22要求保护的主题则相应地界定了的发明构思。

本发明的关键技术是将有机碳通过物理化学方法结合于金属材料中，这种金属材料用以生产象征性制品或至少含有部分该金属材料的象征性制品。本发明中，将金属材料制成个性化的装饰合金，再进一步加工成个性化饰品或纪念品；或是先预制饰品或纪念品，然后再实现个性化。为简便起见，本申请所述术语”装饰合金”，除非另有说明外，还包括预先制成的象征性制品，如珠宝、饰品和纪念品。

生产个性化装饰合金的原料是一种含碳有机基材，这种基材源自于可明确识别的个体或群体。根据本发明生产方法，将这种基材转化成一种富碳原料。基材源自于可明确识别的个体或群体，优选可明确识别的一个人或一群人。为简便起见，下文仅用术语”某人”，尽管如此，除非另有说明外，还包括一群人，如结婚夫妇，或动物，如家畜，或一群动物。源自某人的可明确识别的基材能够确保最终生产的金属装饰合金或象征性制品与预期对象之间建立有物质上的直接联系和个性化的联系。

实现金属材料个性化或个人化的方法包括非常关键的两个步骤：一方面，将源自某人的可明确识别的有机基材转化成富碳原料，优选碳化原料；另一方面，采用物理化学方法将富碳原料或碳化原料，尤其是原料中所含碳，结合于金属材料中。该工艺所用原料主要是作为一种碳源。

本文中所指术语“金属材料”至少包括：纯金属、金属合金、假合金。假合金是金属或碳化物的混合物，其在室温下至少部分呈晶体状态，即一种具有晶体或金属晶格结构或不同晶格结构的固体。优选，珠宝生产领域一般技术人员，尤其是金匠，所了解的金属材料。

本发明所述装饰合金生产中，至少有部分原料通过物理化学方法结合至金属材料中，优选，以间隙方式导入或溶于金属材料晶体结构中。在这种情况下，直接导入金属材料晶格结构中，或直接导入部分晶格结构中，和/或导入不同晶格结构之间边界层中，或者部分不同晶格结构之间的边界层中。导入步骤包括至少部分原料，优选碳化原料，与金属材料形成富碳混合晶体、中间相或碳化物，或直接溶解于金属材料中。导入完成后，原料和金属材料相互之间会发生物理化学作用。

原料或碳成功富集或植入于金属材料中后，可以通过重量测定法进行检测。在这种情况下，对金属材料、装饰合金或象征性制品在富集或导入原料或碳前后的重量进行准确测定，可以确定结合于金属材料中的原料或碳所占的重量百分比。另一种能准确测量富集碳的方法是发射光谱测定法(电感耦合等离子体发射光谱法)，该方法广泛应用于冶金或材料测试领域中。

金属材料，优选，如铝Al、硅Si、钛Ti、钒V、铬Cr、锰Mn、铁Fe、铌Nb、钼Mo、钽Ta、钨W、钯Pd或铂Pt。这些金属材料分为两种性能截然不同的材料：一种能结合结合大量碳，优选，重量百分比至少为0.5％；另一种能与其他金属形成合金，如金Au、银Ag或铜Cu。后一种是珠宝生产时所采用的传统材料，其本身不能结合碳，或仅能结合非常少量的碳，例如重量百分比不超过2‰的碳。

无论其形状、构造(设计)和大小如何，必须要弄清楚那些饰品或饰品构件对于某人具有特殊象征意义，尤其是对男人或女人。例如，一件珠宝或一件饰品(戒指、手表、音乐盒)、一件纪念品(金属熔块、钥匙扣、钥匙、刀、相框、奖章、高脚杯)、一个幸运星(硬币)或护身将。

原料被导入至金属材料中，然后将全部或部分金属材料制成一件或多件象征性制品；或原料被导入至已经制成一件或多件象征性制品的金属材料中。

根据本发明所述，源自某人的含碳有机基材被转化成富碳原料，优选碳化原料。如有必要，在转化成原料的过程中提高基材的碳含量，也就是说同步进行或者再随后的另一工艺步骤中进行。优选，通过基材的炭化、焦化或石墨化实现基材的碳化或碳富集。根据本发明另一个实施例，甚至焚化或火化的残余物都可以作为基材，对其进行提纯和处理，作为原料使用。

总之，原料中碳的重量百分比优选45％～100％，更优选70％～100％，尤其优选75％～95％。依据一个较佳实施例，原料粉碎成末或细颗粒状，颗粒尺寸小于50目。

本发明中用以生产原料的基材，优选人、动物，甚至根据需要，可以是植物材料，只要其明确属于某特定人，如一位结婚对象或一个家禽，或其确属一群人，如一个家庭的成员或一对结婚夫妇或几个动物。根据较佳实施例，所选基材是人或动物的含角蛋白的材料，如头发、皮毛、指甲或其混合物。

从至少一个特定可明确识别的人中选取有机基材，需要注意以下几个问题：

a.谁来选择基材，即哪个个体(女人或男人)或那个群体来选择？(例如，死者或结婚夫妇的亲属)

b.基材源自于哪个人？(例如，死者的头发或碳化的焚化残余物，或结婚夫妇的头发)

本发明关键之处在于，原料明确的由基材转化而成，而基材又源自于一个特定可明确识别的人，所以通过本发明的方法将原料导入金属材料中，由此获得的装饰合金和/或象征性制品含有与特定可明确识别的人相关联的物质。

进而需要选择的是全部或部分用以生产装饰合金或象征性制品的金属材料，以及用个性化金属材料制成的象征性制品。

根据另一个较佳实施例，如果金属材料包含有第一组材料构成的合金和第二组材料的构成合金，原料优先导入第一组材料。这里，第一组材料与第二组材料有着显著的区别，第一组材料更适合于富集原料或原料中的碳，或者说原料优先或主要被第一组材料所结合结合。

导入至金属材料或第一组金属材料中的原料所占百分比，可以通过对形成的碳化物所占化学计量比计算出来，其重量百分比范围是小于等于0.5％至大于等于45％，例如对SiC重量百分比为42.8％。如果金属材料或第一组金属材料与原料没有形成能够按化学配比计算其含量的碳化物，而碳是以间隙导入或间隙溶解的方式进入金属材料中，那么原料的重量百分比可能会达到几个百分比，优选1～10％，尤其优选1.2～5％。

本发明中，用以生产个性化装饰合金或个性化象征性制品的基材及富碳原料，尤其是其中的碳组分，优选，通过人或动物角蛋白碳化或焦化后获得。

实现金属材料个性化或个人化的方法可能也适用于另一种能被以类似方式被导入至金属材料中的原料，例如富氮原料。和碳相类似，氮能插入或溶解至金属材料的晶格结构间隙中。

如前所述，将原料或碳导入至金属材料中，主要是通过物理和化学激活机制，或原料和金属材料之间进行的物理和化学相互作用。这可以通过析晶或溶解时发生的扩散或渗碳得以实现。粉末状或细颗粒状原料的颗粒尺寸小于50目，这能促使在析晶或溶解之前，原料在金属材料中的扩散，以及原料和金属材料的充分混合。

众所周知，渗碳过程中碳化原料与金属材料相互作用。相互作用所需时间和条件取决于金属材料的性能，在低于金属材料熔点的温度下可能会进行数小时，甚至数天。原料中的碳扩散至金属材料中，与其形成混合晶体、中间相或碳化物。为了防止或降低原料和/或金属材料被氧化，优选，至少部分扩散在隔绝空气的条件下进行，即在氧含量最低的条件下进行。在950℃下，经过8小时的扩散，碳在低碳铁或低碳钢表面1mm内的所占质量百分比可达1～1.2％。

由于渗碳是在金属材料熔点之下进行，所以渗碳工艺也非常适合于制成品的个性化工艺，即也可适用于预先制成的金属质或含有金属的珠宝或象征性制品的个性化工艺。

在析晶工艺中，原料与金属材料在超过金属材料熔点的第一温度范围T1相互混合，例如超过金属材料熔点300℃～400℃。然后将该第一混合物冷却至第二温度范围T2。第二温度范围T2，例如，可以比金属材料熔体析晶温度高100℃～150℃，使得析晶金属材料完全熔化，析晶即指比完全转变(固化)成具有晶体结构的金属固体。但在第二温度范围T2，会有部分原料随着部分金属材料熔体析出晶体，并形成含有混合晶体、中间相或碳化物的第二种富碳混合物。第二温度范围T2保持的时间越长、越准确，就会有越多的原料被结合在金属材料中。当温度进一步降低至第二温度范围T2之下时，仍会有金属材料熔体，第二混合物则完全析晶。由于密度较低，未被结合的原料会残留在已结晶的材料表面，例如形成一种渣，其很容易被去除掉。

析晶工艺适合于能在结晶过程中结合碳至其晶格结构中或两晶格结构边界区域内的金属材料。析晶工艺也是一种生产包括有第一和第二材料组的金属材料或装饰合金的优选方法，原料更优先或更多地被结合至其中的一组材料中，两组材料同时结晶，即两组材料完全混合并形成合金。特别是，第一组材料包括金属碳化物，如硅、钛、钒、铬、铁、铌、钼、钽和钨或其混合物(合金)，可与第二组金属材料，如金、银、铜或其混合物，形成合金。

本领域技术人员可以根据测量或计算好的相图，选择所有优选金属材料的保温点，即第一温度范围T1和第二温度范围T2。

溶解工艺中，原料中的碳直接以原子形式结合或溶解至金属材料熔体，随后快速冷却。熔体冷却结晶过程中，原料中的碳来不及再次聚合，仍以原子形式分布和结合在金属材料晶格间隙中。溶解工艺适合于与原料或碳未能形成或未能充分形成混合晶体、中间相或碳化物的金属材料。这类金属材料的代表是镁、钯和铂。铂通过这种方式能结合重量百分比为1.2％的碳至其晶格中。

析晶和溶解工艺中，原料导入都是在金属材料完全或部分熔融的状态下进行。所以，这些方法适合于生产装饰合金，例如装饰用的线材或坯料，也适合于装饰合金或最终象征性制品的浇铸工艺。

根据本发明的较佳实施例，在配有真空室的感应炉内进行熔炼和浇铸，即主要在空气隔绝的条件下进行，以防止和尽可能降低氧化反应的发生。感应加热中的熔体处于对流和自然流动状态，促进原料与金属材料的充分机械混合，以防止不同密度材料的偏析。因而，原料中大部分碳被结合至金属材料中。所使用的坩埚或铸模不含外来碳源，也就是说，例如，不能采用含有石墨的坩埚或铸模。

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但本发明的构思并不局限于此实施例。

第一实施例是通过渗碳工艺将一种已经预先制成的含铁纪念品进行个人化或个性化。纪念品与粉末状碳原料共同密封在一个容器中。该原料是通过将一位特定可明确识别人的头发焦化后而获得。容器加热数小时或数天，如8～10小时，直到温度达到介于600℃至铁的熔点之间的温度，一般加热至950℃。该工艺过程中，原料中的碳扩散至铁中，厚度达几个毫米，通常为0.8～1.2mm。通过这种方法，铁中富集的碳在化学计量上最高可达6.67％(重量百分比)。

第二实施例是采用析晶法生产一对个性化的金/钛婚戒，原料取自于一对结婚夫妇。金和钛按任何重量比充分混合并形成稳定的混合晶体。含有18开金的一对金/钛婚戒采用的粉末混合料的构成为(按重量百分比计)：75％金和22％钛以及所含碳至少占混合料3％的原料。在一个感应炉中，混合料被加热至2000℃(在第一温度范围T1内)，形成熔体，通过2小时感应对流，充分混和并均匀化。随后，熔体被冷却至1800℃(在第二温度范围T2内)，并在该温度下保温2小时，以确保碳化物结晶。然后，浇铸两个婚戒，获得的18克拉金/钛合金组织均匀、晶粒细化，且含碳2～3％(按重量百分比计)。

第三实施例是采用溶解法生产含铂的个性化手表。在一个感应炉中粉末状富碳原料溶解于铂中，温度超过铂/碳共晶温度，约为1730℃。浇铸时，将熔体快速冷却至共晶温度之下，约有1.2％的碳(按重量百分比计)结合在铂晶格的间隙中。采用传统的方法加工结合有碳的铂。可以通过与金和银合金化，降低铂/碳混合物共晶温度，或通过与钨合金化，提高共晶温度。

Claims (22)

1.一种通过源自有机体的含碳基材实现金属材料个性化的方法，包括以下步骤：

a.将至少源自一位特定可明确识别的人或一群特定可明确识别的人的含碳有机基材转换成富碳原料，优选为碳化原料，和；

b.将至少一部分原料采用物理化学方法导入至金属材料中。

2.根据权利要求1所述方法，其中，原料至少导入至金属材料部分晶体结构内，和/或至少部分不同晶体结构之间。

3.根据权利要求1或2所述方法，其中，至少部分原料与金属材料形成混合晶体、中间相或碳化物。

4.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，基材含有源自人或动物角蛋白，优选地，基材优选源自头发、皮毛、指甲或其混合物。

5.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，基材取自于至少一位特定可明确识别的人或一群特定可明确识别的人，并且明确指定其来源。

6.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，碳化原料是通过对基材进行炭化、焦化或石墨化而获得。

7.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，原料中碳所占重量百分比在45％～100％之间，优选70％～100％，尤其优选75％～95％。

8.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，原料磨成粉状或细颗粒状，优选，颗粒尺寸小于50目。

9.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，金属材料是一种第一组材料构成的合金，优选硅、钛、钒、铬、铁、铌、钼、钽和钨及其合金，以及第二组材料构成的合金，优选金、银、铜及其合金，原料主要被导入至第一组材料中。

10.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，个性化金属材料或第一组材料构成的个性化金属材料中，源自原料中的碳所占重量百分比至少0.5％，优选1～10％，更优选1.2～5％。

11.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，至少部分原料通过扩散方法导入金属材料中。

12.根据前述任一项权利要求所述方法，其中，扩散在隔绝空气、低于金属材料熔点的温度下进行。

13.根据权利要求11或12所述方法，其中，金属材料呈预先制成的象征性制品的形状。

14.根据权利要求1～10任一项所述方法，其中，

a.碳化原料在第一温度范围T1内与金属材料熔体混合，随后；

b.在冷却至第二温度范围T2内的过程中，至少部分原料结合至部分金属材料熔体中，并在剩余的金属材料熔体中，结晶形成第二种混合物，优选为混合晶体、中间相或碳化物。

15.根据权利要求14所述方法，其中，进一步冷却至第二温度范围T2之下时，剩余的金属材料熔体和第二种混合物固化成一种装饰合金。

16.根据权利要求14所述方法，其中，在尚未将温度冷却至第二温度范围T2之下时，金属材料熔体被通过一种成型方法被加工成一种象征性制品，优选浇铸法。

17.根据权利要求1～10任一项所述方法，其中，原料溶解或分散于金属材料熔体中，在熔体结晶过程中，原料迅速冷却，从而被导入金属材料内部或其间。

18.根据权利要求14～17任一项所述方法，其中，熔炼和浇铸在一个配有真空室的感应炉、与空气隔绝的环境中进行。

19.一种个性化装饰合金，包括一种至少部分为晶体结构的金属材料，其中富碳原料，优选碳化原料，通过被物理地和化学地导入到至少部分金属材料的晶体结构中，原料由取自于至少一位特定可明确识别的人或一群可明确识别的人的有机基材。

20.根据权利要求19所述个性化装饰合金，其中，原料含有源自人或动物的角蛋白被碳化而产生的碳，优选焦化。

21.根据权利要求19或20所述个性化装饰合金，其中，富碳原料或碳与金属材料至少形成部分混合晶体、中间相或碳化物。

22.根据前述任一项权利要求所述个性化装饰合金，其中，装饰合金中来自原料中的碳所占重量百分比至少0.5％，优选1～10％，更优选1.2～5％。