CN102046394A - 装饰用基材,特别是具有颜色效果的人造首饰石,和用于获得装饰用透明基材的颜色效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装饰用基材，特别是具有颜色效果的人造首饰石，其由透明基材形成，所述透明基材包括在后侧上并从所述基材的后侧开始按以下顺序沉积的以下层：光学调节层、反射层、介入层和保护性清漆层，其中反射层由来自包括Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ti、铝青铜合金、以及Au、Ag和Cu的合金的组中的合金或至少一种金属形成，所述介入层具有10到100nm的厚度。在所述光学调节层和所述反射层之间可选地包括有粘接层，该粘接层由来自包括Al、Ti、Cr和Sn的金属构成的组中的至少一种金属氧化物形成。本发明还涉及为装饰用透明基材获得颜色效果的方法。

Description

装饰用基材，特别是具有颜色效果的人造首饰石，和用于获得装饰用透明基材的颜色效果的方法

技术领域

本发明涉及装饰用基材，该基材特别为具有颜色效果的人造首饰石，所述效果特别是仿效天然宝石的显色(colouration)。本发明还涉及用于获得装饰用透明基材的这种颜色效果的方法。术语“透明基材”在本发明的范围内应该理解为任何对可视光区域透明的产品。这样的透明基材特别是可以通过人造首饰石形成，有利地，由人造的透明的服饰用首饰石形成，例如由优选是没有经任何技术被着色的玻璃或塑料人造首饰石形成。为了以下描述的简化的目的，将就透明人造首饰石对本发明进行描述，但是在此上下文中所陈述的内容对于如上定义的其它透明基材也是有效的。至于考虑需要为透明基材获得的颜色效果，本发明关注的是从侧面不同角度下观察时(即从观察者能够看到的侧面的)，在应该呈现颜色效果的所述不同角度下不改变其颜色的颜色效果。该能够看到的侧面以下将被称为装饰用基材的前侧，不呈现所述颜色效果的相反侧将在此被称为装饰用基材的后侧。

背景技术

对人造石，即人工制造的透明服饰和首饰石，进行着色的根本动机在于努力获得对这些石头的、对于天然的宝石和准宝石而言较典型的着色(colouring)。如何实现它的技术是在材质内对人造首饰石进行着色的技术。例如，用于玻璃人造首饰石的该技术在于这样的事实，即着色剂被加入到用于生产该石头的玻璃配料(batch)中，该着色剂吸收一部分可见光，从而造成人造首饰石的希望的显色。对人造首饰石的该着色方法的不便之处具体而言在于该方法在经济和能量方面成本很大。一方面，必须使用相对较大量的头等且相对贵重的着色剂，用于对玻璃配料的整个材质着色，另一方面，必须将该剂非常均匀地混合到玻璃配料中，需要大量的能量来完成该操作。另一个缺点还在于为了对不同尺寸的石头实现相同的着色，必须对于各个窄的尺寸范围的人造首饰石总是有特定的配方。因此，这样的配方的数量超出分类颜色的数量很多倍，还经常非常难以获得着色的可再现性。这种情况下，即使在对所制造的玻璃的辅助热处理之后还会出现一些颜色的深浅，该热处理工艺在此成为着色可再现性中的不规则的另一个原因。

用于对首饰石着色的一种方法是离子扩散，例如钛、铁或钴向首饰石中的扩散。然而，这样的扩散工艺，例如在美国专利2,690,630和4,039,726中描述的，通常受到特定离子和特定透明基材的限制，这样的基材例如为蓝宝石和黄宝石。而且，这些扩散工艺在极高温度下进行，这样的温度经常导致首饰石的裂缝或其它损坏，这些工艺还需要较长的工艺时间，例如超过一天。

另一种方法是用有机颜料对人造首饰石着色，例如当使用溶胶凝胶技术时。然而，该技术没有带来充分耐久的颜色层，降低了通过机器研磨和抛光所获得的光学效果。

最近，人们关注通过在石头的后侧沉积高吸收性层来着色无色的首饰石或改变首饰石的颜色，所述层由吸收可见光的一些区域而带来对首饰石的对应着色的一个或多个局部的层形成。该吸收覆盖层技术在例如美国专利文献No.5,853,826中被描述。吸收层与具有高折射率的层的非特定组合也被人们提到过，其中所述具有高折射率的层也造成对光的部分反射，但是大部分光通过该层。然而，该方案的不便之处在于以这种方式被着色的石头的颜色深浅随着观察角度的变化而变化。例如美国专利文献No.7,137,275B2中描述了一种产生不随着观察角度而变化的颜色深浅的类似的吸收层技术，这种情况下所希望的效果是通过涂覆透明或部分透明的层，即对于不被所述高吸收性层吸收的可见光部分至少部分可透过的层，而获得的。一定部分的光能够在一定的几何条件下通过石头而对着色和石头的光泽没有任何贡献。首饰石通常是就材料的高折射率来设计的，由此它们被制作为最大限度地利用光学界面上的全反射，这对于由具有较低折射率的材料制成的，例如由玻璃制成的石头来说是不一样的，这种情况下利用石头后侧上的特别涂覆的反射层较为合理。

发明内容

本发明的主体在于以至少两个光学功能层构成的系统来涂覆基材特别是首饰石的后侧，被涂覆的基材的更远离后侧的层(进一步只有反射层)对可见光区域具有零透射，并将由材料的光谱反射特性决定的最大可能量的可见光反射回石头中，而靠近基材后侧层(进一步只有光学调节层)对一些可见光成分具有选择性的吸收，并进一步显著地调节经过石头的光的所获得色调，此外，被反射的光的干涉会根据所使用的光学调节层厚度来进一步参与该调节。通过光学调节层和反射层的所述组合构成了本发明，所述组合通过可见光与这些层的相互作用确保了可见光返回到石头中以及从石头中向观察者的颜色选择性反射。

因此，本发明的目的是一种装饰用基材，特别是具有颜色效果的人造首饰石，其要点在于，所述基材由透明基材形成，所述透明基材在其后侧包括从所述基材的后侧开始按以下顺序沉积的以下层：厚度为2到80nm的光学调节层，该层由来自包括Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物的组中的氧化物或至少一种元素形成，所述Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物可选择地被其它元素所掺杂；反射层，由来自包括Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ti、铝青铜合金、以及Au、Ag和Cu的合金的组中的合金或至少一种金属形成，其中铝青铜合金除了Al和Cu之外还包括其它元素，特别是Fe、Ni，例如为CuAl10Fe1、CuAl10Ni5Fe4，并且该反射层具有确保将入射可见光反射回所述透明基材中的、由形成该反射层的材料的光谱反射特性决定的最大可能部分的反射和零透射的厚度；介入层，具有10到100nm的厚度，该层保护反射层并确保清漆的高粘接性，该层由来自包括Ti、Cr和Cu的组中的至少一种金属形成；以及保护性清漆层。

有利地，所述装饰用基材在所述光学调节层和所述反射层之间包括厚度为2到15nm的粘结层，该粘结层由来自包括Al、Ti、Zr和Sn的金属构成的组中的至少一种金属的氧化物形成。

所述光学调节层优选具有15到40nm的厚度。

所述反射层优选具有60到200nm的厚度，更优选具有90到140nm的厚度。

所述介入层优选具有20到60nm的厚度。

所述粘接层优选具有3到10nm的厚度。

本发明的目的还在于一种为装饰用透明基材，特别是为人造首饰石，获得颜色效果的方法，本发明的要点在于，有利地通过真空溅射，透明基材的后侧应该被涂覆有从所述透明基材的后侧开始按以下顺序被沉积的以下层：厚度为2到80nm的光学调节层，该层由来自包括Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物的组中的氧化物或至少一种元素形成，所述Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物可选择地被其它元素所掺杂；反射层，由来自包括Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ti、铝青铜合金、以及Au、Ag和Cu的合金的组中的合金或至少一种金属形成，其中铝青铜合金除了Al和Cu之外还包括其它元素(Fe、Ni)，例如为CuAl10Fe1、CuAl10Ni5Fe4，并且该反射层具有确保将入射的可见光反射回所述透明基材中的、由形成该反射层的材料的光谱反射特性决定的最大可能反射和零透射的厚度；介入层，具有10到100nm的厚度，该层保护反射层并确保清漆的高粘接性，该层由来自包括Ti、Cr和Cu的组中的至少一种金属形成，然后，所述后侧应该被涂覆一保护性清漆层。

有利地，在所述光学调节层和所述反射层之间通过真空溅射应该沉积厚度为2到15nm的粘接层，该粘接层由来自包括Al、Ti、Zr和Sn的金属构成的组中的至少一种金属的氧化物形成。

优选地，带有被沉积的层的所述装饰用基材在高于150℃但是低于会引起对任何所述层的损坏或所述层之间的不希望的相互作用的温度的温度下受到长达0.5到8小时的热处理，更优选地，在160℃到280℃的温度下受到长达0.5到2小时的热处理。

所述光学调节层应该被沉积为优选具有15到40nm的厚度。

所述反射层应该被沉积为优选具有60到200nm的厚度，更有利地具有90到140nm的厚度。

所述介入层应该被沉积为优选具有20到60nm的厚度。

所述粘接层应该被沉积为优选具有3到10nm的厚度。

根据本发明的为装饰用透明基材获得颜色效果的方法代表了用于对透明基材着色的非常有效的系统，其保持了通过将高吸收层沉积到基材后侧上的现有技术范围内的对透明基材着色所获得所有优点，所述优点特别是在于给定成分的吸收层为基材带来相同的着色，而无论观察的角度如何，且无论基材的尺寸如何；并且所述优点还在于通过对装饰用基材的前侧的机器研磨和抛光所获得的表面光滑度和边缘锐度得到保持，而且这为装饰用基材带来了光泽和着色的高度饱和。这是由于包括在根据本发明的装饰用基材后侧上的顺序的层参与到与白光的相互作用中而实现的。根据这些层的特性，吸收，反射和干涉出现在这些层上，所得到的效果由这些想象的组合达成。此外，当使用透明但有色的基材时，获得其它的颜色组合而同时保持了本发明所提供的优点。所述颜色组合是通过所述现象与有色透明基材对一部分光谱的吸收的组合而导致的。可以通过这样选择相应的吸收成分，如通过它们在光学调节层中所使用的量，以及通过选择反射层的材料，来获得特定的着色。

介入层起到反射层的保护者的作用，以及起到用于获得保护性清漆层向反射层的良好粘接性的手段的作用。对装饰用基材的相继的热处理的目标是，如果需要的话，获得更好的颜色稳定性，更好的凝聚性和各个层的粘接性。该热处理是在上述温度下按照上述限定的时间执行的。将温度提升到所述热处理温度以及在热处理之后降低温度可以利用由透明基材和所使用的层的特性给出的温度体系，如由提供热处理的人员的经验所给出的温度体系，来执行。

本发明在说明书以下通过本发明实施的实际示例给出的部分中将变得更加清晰，不过这些示例并不以任何方式限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求清楚地限定。

具体实施方式

示例1

经研磨和抛光的、由无色坯料制成的玻璃石的后侧已经被成功地覆盖了光学调节层、反射层和介入层。光学调节层由厚度40nm的氧化钛形成。该层可以在氩和氧的气氛中由钛靶通过反应性磁控管溅射产生，气压为0.5Pa。反射层由厚度80nm的银形成，其确保反射可能的最大量的入射光。该层可以在气压0.5Pa的惰性氩气氛中由银靶通过溅射产生。介入层由厚度80nm的钛形成。该层可以在气压为0.5Pa的惰性氩气氛中由钛靶通过溅射产生。按照磁控管溅射原理工作的沉积实验室设备被用来形成所述的层。所有提到的层的沉积都是在一个真空循环中执行的。在所述操作之后在涂装车间内在介入层上喷涂由具有平板色素(plate pigment)的氨基甲酸酯醇酸树脂(urethane alkyd)形成的保护性清漆层，所述平板色素的量在干燥保护性清漆层之后提供15μm的厚度。然后，玻璃石头在180℃被烧制1小时。以这种方式获得的多层系统为玻璃石头带来蓝色色调。

示例2

经研磨和抛光的、由无色坯料制成的玻璃石的后侧已经被成功地覆盖了光学调节层、粘结层、反射层和介入层。光学调节层由厚度50nm的氧化钛形成。该层可以在氩和氧的气氛中由钛靶通过反应性磁控管溅射产生，气压为0.5Pa。粘结层由厚度3nm的氧化铝形成。反射层由厚度100nm的铝青铜合金CuAl10Fe1形成。该层可以在气压0.5Pa的惰性氩气氛中由合金靶通过溅射产生。介入层由厚度40nm的钛形成。该层可以在气压为0.5Pa的惰性氩气氛中由钛靶通过溅射产生。按照磁控管溅射原理工作的沉积实验室设备被用来形成所述的层。所有提到的层的沉积都是在一个真空循环中执行的。在所述操作之后在涂装车间内在介入层上喷涂由具有平板色素的氨基甲酸酯醇酸树脂形成的保护性清漆层，所述平板色素的量在干燥保护性清漆层之后提供15μm的厚度。然后，玻璃石头在180℃被烧制1小时。以这种方式获得的多层系统为玻璃石头带来褐色色调。

Claims (15)

1.一种装饰用基材，特别是具有颜色效果的人造首饰石，其特征在于：其由透明基材形成，所述透明基材在其后侧包括以下层，所述层沉积在所述后侧上并从所述基材的后侧开始按以下顺序定位：厚度为2到80nm的光学调节层，该层由来自包括Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物的组中的氧化物或至少一种元素形成，所述Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物可选择地被其它元素所掺杂；反射层，由来自包括Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ti、铝青铜合金、以及Au、Ag和Cu的合金的组中的合金或至少一种金属形成，并具有确保将入射可见光反射回所述透明基材中的、由形成该反射层的材料的光谱反射特性决定的最大可能的反射的厚度；介入层，具有10到100nm的厚度，该层由来自包括Ti、Cr和Cu的组中的至少一种金属形成；以及保护性清漆层。

2.如权利要求1所述的装饰用基材，其特征在于，其在所述光学调节层和所述反射层之间包括厚度为2到15nm的粘结层，该粘结层由来自包括Al、Ti、Zr和Sn的金属构成的组中的至少一种金属的氧化物形成。

3.如权利要求1所述的装饰用基材，其特征在于，所述光学调节层具有15到40nm的厚度。

4.如权利要求1所述的装饰用基材，其特征在于，所述反射层具有60到200nm的厚度。

5.如权利要求4所述的装饰用基材，其特征在于，所述反射层具有90到140nm的厚度。

6.如权利要求1所述的装饰用基材，其特征在于，所述介入层具有20到60nm的厚度。

7.如权利要求2所述的装饰用基材，其特征在于，所述粘接层具有3到10nm的厚度。

8.一种为装饰用透明基材，特别是为人造首饰石，获得颜色效果的方法，被设计用于获取如权利要求1至7中的一些项所述的装饰用基材，其特征在于，所述透明基材的后侧通过真空溅射被涂覆有以下层，所述层从所述透明基材的后侧开始按以下顺序被沉积：厚度为2到80nm的光学调节层，该层由来自包括Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物的组中的氧化物或至少一种元素形成，所述Ge、Si，以及Ti、Zr、Nb和Al的氧化物可选择地被其它元素所掺杂；反射层，由来自包括Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ti、铝青铜合金、以及Au、Ag和Cu的合金的组中的合金或至少一种金属形成，并具有确保将入射可见光反射回所述透明基材中的、由形成该反射层的材料的光谱反射特性决定的最大可能的反射的厚度；介入层，具有10到100nm的厚度，该层由来自包括Ti、Cr和Cu的组中的至少一种金属形成，然后，所述后侧被涂覆一保护性清漆层。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述光学调节层和所述反射层之间通过真空溅射沉积厚度为2到15nm的粘接层，该粘接层由来自包括Al、Ti、Zr和Sn的金属构成的组中的至少一种金属的氧化物形成。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，带有被沉积的层的所述装饰用基材在高于150℃但是低于会引起对任何所述层的损坏或所述层之间的不希望的相互作用的温度的温度下受到长达0.5到8小时的热处理。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，带有被沉积的层的所述装饰用基材在160℃到280℃的温度下受到长达0.5到2小时的热处理。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光学调节层被沉积为具有15到40nm的厚度。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反射层被沉积为具有60到200nm的厚度，特别是具有90到140nm的厚度。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述介入层被沉积为具有20到60nm的厚度。

15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述粘接层被沉积为具有3到10nm的厚度。