CZ300814B6

CZ300814B6 - Dekoracní substrát, zejména bižuterní kámen, s barevným efektem a zpusob dosažení barevného efektu u dekoracního transparentního substrátu

Info

Publication number: CZ300814B6
Application number: CZ20080339A
Authority: CZ
Inventors: Krejcí@Radomír; Petrýdes@David; Nekvinda@Milan; Jancar@Vojtech; Štok@Pavel; Meštan@Aleš; Bílý@Ivan; Nevyhoštený@Michal
Original assignee: Preciosa, A. S.
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-08-12
Also published as: KR20110011719A; CN102046394A; RU2010152454A; US20110052894A1; WO2009146666A2; EP2296914A2; RU2490141C2; WO2009146666A3; CZ2008339A3; EP2296914B1; EG25868A; ATE537011T1; MX2010013305A; CN102046394B

Abstract

Dekoracní substrát, zejména bižuterní kámen, s barevným efektem, jehož podstata spocívá v tom, že je tvoren transparentním substrátem, který na zadní strane v následujícím poradí od zadní strany obsahuje 2 až 80 nm silnou opticky modifikující vrstvu, tvorenou alespon jedním prvkem nebo oxidem prvku ze souboru zahrnujícího Ge, Si a oxidy Ti, Zr, Nb a Al, které jsou prípadne dopované dalšími prvky, reflexní vrstvu, tvorenou alespon jedním kovem nebo slitinou ze souboru zahrnujícího Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, hliníkové bronzy a slitiny Au, Ag a Cu a mající tlouštku zajištující maximální možný odraz dopadajícího viditelného svetla v závislosti na spektrální odrazivosti materiálu, z nehož je reflexní vrstva zhotovena, zpet do transparentního substrátu, 10 až 100 nm silnou mezivrstvu, tvorenou alespon jedním kovem ze souboru zahrnujícího Ti, Cr a Cu, a vrstvu ochranného laku. Mezi opticky modifikující vrstvou a reflexní vrstvou je prípadne obsažena 2 až 15 nm silná adhezní vrstva, tvorená alespon jedním oxidem kovu ze souboru kovu zahrnujícího Al, Ti, Zr a Sn. Zpusob dosažení barevného efektu u dekoracního transparentního substrátu zahrnuje nanesení uvedených vrstev na zadní stranu transparentního substrátu naprašováním za vakua a prípadné tepelné zpracování transparentního substrátu pri teplote vyšší než 150 .degree.C, avšak nižší, než je teplota, pri které dochází k narušení kterékoli z vrstev nebo k nežádoucí interakci mezi vrstvami, po dobu 0,5 až 8 hodin.

Description

Oblast techniky

Tento vynález se týká dekoračního substrátu, jakým je zejména bižuterní kámen, vykazující barevný efekt, zejména simulující vybarvení přirozených drahokamů, a způsobu dosažení tohoto barevného efektu u dekoračního transparentního substrátu. Pod pojmem transparentní substrát se ío v rámci tohoto vynálezu rozumí libovolný produkt, který je transparentní pro viditelnou oblast světla. Takovým transparentním substrátem může být zejména transparentní bižuterní kámen, výhodně transparentní bižuterní kámen vyrobený uměle, například skleněný nebo plastový bižutemí kámen, výhodně nevybarvený žádnou technikou. Za účelem zjednodušení následujícího popisu vynálezu bude vynález dále popisován ve vztahu k transparentnímu bižutemímu kamenu, i když vše, co zde bude v této souvislosti uvedeno, bude platit i pro ostatní výše definované transparentní substráty. Pokud jde o barevný efekt, který má být u transparentního substrátu dosažen, jedná se o barevný efekt, který je neměnný při různém úhlu pozorování ze strany, na které se má tento barevný efekt projevit, tj. ze strany viditelné pro pozorovatele. Tato viditelná strana bude dále uváděna jako přední strana dekoračního substrátu, zatímco opačná strana, na které se uvedený barevný efekt neprojeví, zde bude uváděna jako zadní strana dekoračního substrátu.

Dosavadní stav techniky

Základní motivací barvení umělých, tj. uměle vyrobených transparentních bižutemích a šperkových kamenů je dosáhnout u těchto kamenů vybarvení, které je typické pro přírodní polodrahokamy a drahokamy. Jednou z technik, jak toho dosáhnout, je technika barvení umělých bižuterních kamenů ve hmotě. Například u skleněných bižutemích kamenů tato technika spočívá v tom, že se do sklářského kmene, ze kterého má být bižuterní kámen vyroben, přimísí barvivo, které absorbuje Část viditelného světla a tím vyvolá požadované vybarvení bižutemího kamene. Nevýhodou tohoto způsobu barvení bižutemích kamenů, je především to, že je ekonomicky a energeticky náročný. Jednak je třeba k vybarvení celé hmoty sklářského kmene použít poměrně značné množství kvalitního a tedy i poměrně drahého barviva a jednak je třeba toto barvivo rovnoměrně vmísit do sklářského kmene, k čemuž je zapotřebí značného množství energie. Nevýhodou je i to, že k dosažení stejné barevnosti u různě velikých bižutemích kamenů je třeba disponovat vždy specifickou recepturou pro každou úzkou kategorii velikosti bižutemích kamenů. Počet takových receptur potom násobně přesahuje počet katalogových barev, navíc je mnohdy velmi obtížné dosáhnout reprodukovatelnosti vybarvení. Některých barevných odstínů lze v tomto případě dosáhnout až po druhotném tepelném zpracování vyrobeného skla a zde jako další zdroj odchylek od reprodukovatelnosti vybarvení přistupuje ještě tento tepelný proces.

Jedním ze způsobů barvení šperkových kamenů je difúze iontů, například titanu, železa nebo kobaltu, do šperkového kamene. Tyto difuzní postupy, popsané například v patentech

US 2 690 630 a US 4 039 726, jsou však tradičně omezeny na specifické ionty a specifické transparentní substráty, jakými jsou například safír a topas. Kromě toho se tyto difúzní postupy provádějí při extrémně vysokých teplotách, což mnohdy způsobuje popraskání nebo jiné poškození šperkového kamene, a vyžadují dlouhé procesní doby, například doby delší než jeden den.

Jinou metodou je barvení povrchu bižutemího nebo šperkového kamene organickými barvami, například technikou sol-gel. Tato technika však neposkytuje dostatečně trvanlivé barevné vrstvy a znehodnocuje optický efekt vyvolaný strojním broušením a leštěním.

V poslední době je pozornost soustředěna na barvení bezbarvých šperkových kamenů nebo na modifikaci barvy Šperkových kamenů nanesením na jejich zadní stranu vysoce absorpčního povlaku, tvořeného jednou nebo několika dílčími vrstvami, absorbujícími některé oblasti viditelného světla, což vyvolává odpovídající vybarvení šperkového kamene. Tato technika absorpč5 nich povlaků je například popsaná v patentovém dokumentu US 5 853 826, kde je zmíněna i blíže nespecifikovaná kombinace absorpčních vrstev s vrstvou s vysokým indexem lomu, na které dochází i k částečnému odrazu světla, přičemž však významná část světla touto vrstvou prochází. Nevýhodou tohoto řešení je však skutečnost, že takto vybarvené šperkové kameny mají odstín měnící se s úhlem pohledu pozorovatele. Obdobná technika absorpčních vrstev, kterou se ío však dosáhne toho, že se odstín šperkového kamene nemění s úhlem pohledu pozorovatele, je popsána například v patentovém dokumentu US 7 137 275 B2, přičemž se požadovaného účinku v tomto případě dosáhne nanesením transparentních nebo alespoň částečně transparentních povlaků, tj. povlaků, které jsou alespoň částečně prostupné pro ty části viditelného spektra, které nebyly absorbovány uvedeným vysoce absorpčním povlakem. Část světla tak může za určitých geometrických podmínek kamenem procházet, aniž by přispěla k vybarvení a brilanci kamene. Šperkové kameny jsou pravidelně konstruovány s ohledem na vysoký index lomu materiálů, z nichž jsou vyrobeny tak, aby mohlo být v maximální míře využito totálního odrazu na optickém rozhraní, na rozdíl od kamenů, vyrobených z materiálů o nižším indexu lomu, např. ze skla, kde je účelné použít na zadní straně kamene zvlášť nanesenou reflexní vrstvu.

Podstata vynálezu

Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že na zadní stranu substrátu, zejména bižutemího kame25 ne, je nanesena soustava nejméně dvou opticky funkčních vrstev, z nichž vrstva vzdálenější od zadní strany substrátu, na němž jsou vrstvy naneseny (dále jen reflexní vrstva), má nulovou propustnost pro oblast viditelného světla a odráží maximální možné množství viditelného světla v závislosti na spektrální odrazivosti materiálu zpět do kamene, zatímco vrstva bližší k zadní straně substrátu (dále jen opticky modifikující vrstva), vykazující selektivní absorpci některých složek viditelného světla, podstatným způsobem dále modifikuje výsledný barevný tón světla, vystupujícího z kamene, přičemž na této modifikaci se s ohledem na použitou tloušťku opticky modifikující vrstvy může dále podílet i interference reflektovaného světla. Vynález je takto tvořen uvedenou kombinací opticky modifikující a reflexní vrstvy, zajišťující prostřednictvím interakcí viditelného světla s těmito vrstvami barevně selektivní reflexi viditelného světla zpět do kamene a odtud k pozorovateli.

Předmětem vynálezu je tedy dekorační substrát, zejména bižutemí kámen, s barevným efektem, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen transparentním substrátem, který na zadní straně v následujícím pořadí od zadní strany substrátu obsahuje 2 až 80 nm silnou opticky modifikující vrstvu, tvořenou alespoň jedním prvkem nebo oxidem ze souboru zahrnujícího Ge, Si a oxidy Ti, Zr, Nb a Al, které jsou případně dopované dalšími prvky, reflexní vrstvu, tvořenou alespoň jedním kovem nebo slitinou ze souboru zahrnujícího Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, hliníkové bronzy obsahující kromě Al a Cu ještě další prvky, zejména Fe. Ni, např. CuAllOFel, CuA110Ni5Fe4 a slitiny Au, Ag a Cu, mající tloušťku, zajišťující nulovou transmisi a odraz maximální možné části dopadajícího viditelného světla v závislosti na spektrální odrazivosti materiálu, z něhož je reflexní vrstva zhotovena, zpět do transparentního substrátu, 10 až 100 nm silnou mezivrstvu, chránící reflexní vrstvu a zajišťující vysokou adhezi laku, tvořenou alespoň jedním kovem ze souboru zahrnujícího Ti, Cr a Cu, a vrstvu ochranného laku.

Výhodně dekorační substrát mezi opticky modifikující vrstvou a reflexní vrstvou obsahuje 2 až 15 nm silnou adhezní vrstvu, tvořenou alespoň jedním oxidem kovu ze souboru kovů zahrnujícího Al, Ti, Zr a Sn a zvyšující vzájemnou adhezi reflexní a opticky modifikující vrstvy.

Výhodně má opticky modifikující vrstva tloušťku 15 až 40 nm.

Výhodně má reflexní vrstva tloušťku 60 až 200 nm, výhodněji 90 až 140 nm.

Výhodně má mezivrstva tloušťku 20 až 60 nm.

Výhodně má adhezní vrstva tloušťku 3 až 10 nm.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob dosažení barevného efektu u dekoračního transparentního substrátu, zejména u bižutemího kamene, jehož podstata spočívá v tom, že se na zadní stranu ío transparentního substrátu nanese, výhodně metodou naprašováním za vakua, v následujícím pořadí od zadní strany transparentního substrátu 2 až 80 nm silná opticky modifikující vrstva, tvořená alespoň jedním prvkem nebo oxidem ze souboru zahrnujícího Ge, Si a oxidy Ti, Zr, Nb a Al, které jsou případně dopované dalšími prvky, reflexní vrstva, tvořená alespoň jedním kovem nebo slitinou ze souboru zahrnujícího Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, hliníkové bronzy obsahující kromě

Ala Cu ještě další prvky (Fe, Ni), např. CuAllOFel, CuA110Ni5Fe4 a slitiny Au, Ag a Cu, mající tloušťku, zajišťující nulovou transmisi a odraz maximální možné části dopadajícího viditelného světla v závislosti na spektrální odrazivosti materiálu, z něhož je reflexní vrstva zhotovena zpět do transparentního substrátu, a 10 až 100 nm silnou mezivrstvu, chránící reflexní vrstvu a zajišťující vysokou adhezi laku, tvořenou alespoň jedním kovem ze souboru zahrnujícího Ti,

Cr a Cu, načež se na mezivrstvu nanese vrstva ochranného laku.

Výhodně se mezi opticky modifikující vrstvu a reflexní vrstvu nanese naprašováním za vakua 2 až 15 nm silná adhezní vrstva, tvořená alespoň jedním oxidem kovu ze souboru kovů zahrnujícího Al, Ti, Zr a Sn.

Výhodně se dekorační substrát s nanesenými vrstvami podrobí tepelnému zpracování při teplotě vyšší než 150 °C avšak nižší, než je teplota, při které dochází k narušení kterékoliv z vrstev nebo k nežádoucí interakci mezi vrstvami, po dobu 0,5 až 8 hodin, výhodněji při teplotě 160 až 280 °C, po dobu 0,5 až 2 hodin.

Výhodně se opticky modifikující vrstva nanese v tloušťce 15 až 40 nm.

Výhodně se reflexní vrstva nanese v tloušťce 60 až 200 nm, výhodněji v tloušťce 90 až 140 nm.

Výhodně se mezivrstva nanese v tloušťce 20 až 60 nm.

Výhodně se adhezní vrstva nanese v tloušťce 3 až 10 nm.

Způsob dosažení barevného efektu u dekoračního transparentního substrátu podle vynálezu před40 stavuje velmi efektivní systém vybarvení transparentních substrátů, který při zachování všech výhod dosažených v rámci dosavadního stavu techniky vybarvením transparentních substrátů nanesením vysoce absorpčních vrstev na zadní stranu substrátu, kterými jsou zejména to, že dané složení absorpčních vrstev poskytne stejné, na úhlu pozorování nezávislé vybarvení substrátu bez ohledu na velikost substrátu, a to, že je zachována ostrost hran a hladkost strojně broušeného a leštěného povrchu přední strany dekoračního substrátu, poskytuje ještě vysokou sytost vybarvení a britanci dekoračního substrátu. Toho je dosaženo tím, že jednotlivé vrstvy, které dekorační substrát podle vynálezu na zadní straně obsahuje, vstupují do interakce s bílým světlem. Podle charakteru těchto vrstev na těchto vrstvách dochází k absorpci, reflexi a interferenci a výsledný efekt je dosažen kombinací těchto jevů. Navíc jsou při použití transparentního, avšak barevného substrátu dosahovány další kombinace barev při zachování výhod poskytnutých vynálezem. Uvedené kombinace barev vznikají kombinací uvedených jevů s absorpcí části spektra barevným transparentním substrátem. Specifického vybarvení lze dosáhnout volbou odpovídajících absorpčních složek a jejích množství použitých v opticky modifikující vrstvě a volbou materiálu reflexní vrstvy.

-3CZ 300814 B6

Funkcí mezivrstvy je chránit reflexní vrstvu a zajistit dobrou adhezi vrstvy ochranného laku k reflexní vrstvě. Úkolem případného následného tepelného zpracování dekoračního substrátu je dosáhnout lepší stálosti barvy a koheze a adheze jednotlivých vrstev. Toto tepelné zpracování se provádí při výše uvedených teplotách a po výše definovanou dobu. Zvyšování teploty na uvedenou teplotu tepelného zpracování a snižování teploty po tepelném zpracování může být provedeno za použití teplotního režimu, který je dán charakterem transparentního substrátu a použitých vrstev, jakož i zkušeností personálu provádějícího tepelné zpracování.

io V následující části popisu bude vynález blíže objasněn pomocí konkrétních příkladů jeho provedení, přičemž tyto příklady nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně definován v patentových nárocích.

is Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Na zadní stranu broušeného a leštěného šatonu z bezbarvé skloviny se postupně nanese opticky modifikující vrstva, reflexní vrstva a mezivrstva. Opticky modifikující vrstva je tvořena oxidem titanu a má tloušťku 40 nm. Tato vrstva se vytvoří reaktivním magnetronovým naprašováním z titanového terče v atmosféře, tvořené argonem a kyslíkem, pri tlaku 0,5 Pa. Reflexní vrstva je tvořena stříbrem a má tloušťku 80 nm, takže zajistí odražení maximálního možného množství dopadajícího světla. Tato vrstva se vytvoří naprašováním ze stříbrného terče v inertní argonové atmosféře při tlaku 0,5 Pa. Mezivrstva je tvořena titanem a má tloušťku 80 nm. Tato vrstva se vytvoří naprašováním z titanového terče v inertní argonové atmosféře při tlaku 0,5 Pa. K vytvoření uvedených vrstev se použije depoziční laboratorní zařízení, pracující na principu magnetronového naprašování. Depozice všech uvedených vrstev se provede v jednom vakuovém cyklu. jo Na mezivrstvu se potom v lakovací kabině nastříká vrstva ochranného laku, tvořená urethanovaným alkydem s lístkovým pigmentem v množství, poskytujícím po uschnutí vrstvu ochranného laku, mající tloušťku 15 gm. Šaton se potom vypaluje po dobu I hodiny pri teplotě 180 °C. Takto získaný vícevrstvý systém poskytuje šatonu modrý tón.

Příklad 2

Na zadní stranu broušeného a leštěného šatonu z bezbarvé skloviny se postupně nanese opticky modifikující vrstva, adhezní vrstva, reflexní vrstva a mezivrstva. Opticky modifikující vrstva je tvořena oxidem titanu a má tloušťku 50 nm. Tato vrstva se vytvoří reaktivním magnetronovým naprašováním z titanového terče v atmosféře, tvořené argonem a kyslíkem, při tlaku 0,5 Pa. Adhezní vrstva je tvořena oxidem hlinitým a má tloušťku 3 nm. Reflexní vrstva je tvořena hliníkovým bronzem CuAllOFel a má tloušťku 100 nm. Tato vrstva se vytvoří naprášením ze slitinového terče v inertní argonové atmosféře při tlaku 0,5 Pa. Mezivrstva je tvořena titanem a má tloušťku 40 nm. Tato vrstva se vytvoří naprašováním z titanového terče v inertní argonové atmosféře při tlaku 0,5 Pa. K vytvoření uvedených vrstev se použije depoziční laboratorní zařízení pracující na principu magnetronového naprašování. Depozice všech uvedených vrstev se provede v jednom vakuovém cyklu. Na mezivrstvu se potom v lakovací kabině nastříká vrstva ochranného laku, tvořená urethanovaným alkydem s lístkovým pigmentem v množství, poskytují50 cím po uschnutí vrstvu ochranného laku, mající tloušťku 15 gm. Šaton se potom vypaluje po dobu 1 hodiny při teplotě 180 °C. Takto získaný vícevrstvý systém poskytuje šatonu hnědý tón.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Dekorační substrát, zejména bižutemí kámen, s barevným efektem, vyznačený tím, že je tvořen transparentním substrátem, který na zadní straně v následujícím pořadí od zadní strany substrátu, na němž jsou vrstvy naneseny, obsahuje 2 až 80 nm silnou opticky modifikující vrstvu, tvořenou alespoň jedním prvkem nebo oxidem prvku ze souboru zahrnujícího Ge, Si a oxidy Ti, Zr, Nb a AI, které jsou případně dopované dalšími prvky, reflexní vrstvu, tvořenou io alespoň jedním kovem nebo slitinou ze souboru zahrnujícího Au, Ag, Cu, AI, Cr, Ti, hliníkové bronzy a slitiny Au, Ag a Cu a mající tloušťku, zajišťující maximální možný odraz dopadajícího viditelného světla v závislosti na spektrální odrazivosti materiálu, z něhož je reflexní vrstva zhotovena, zpět do transparentního substrátu, 10 až 100 nm silnou mezivrstvu, tvořenou alespoň jedním kovem ze souboru zahrnujícího Ti, Cr a Cu, a vrstvu ochranného laku.
2. Dekorační substrát podle nároku 1, vyznačený tím, že mezi opticky modifikující vrstvou a reflexní vrstvou obsahuje 2 až 15 nm silnou adhezní vrstvu, tvořenou alespoň jedním oxidem kovu ze souboru kovů zahrnujícího AI, Ti, Zr a Sn.
3. Dekorační substrát podle nároku l, vyznačený tím, že opticky modifikující vrstva má tloušťku 15 až 40 nm.
4. Dekorační substrát podle nároku 1, vyznačený 60 až 200 nm.

tím, že reflexní vrstva má tloušťku
5. Dekorační substrát podle nároku4, vyznačený tím, 90 až 140 nm.

že reflexní vrstva má tloušťku
6. Dekorační substrát podle nároku 1, vyznačený tím, že mezivrstva má tloušťku 20 až 60 nm.
7. Dekorační substrát podle nároku 2, vyznačeny 3 až 10 nm.

tím, že adhezní vrstva má tloušťku

35
8. Způsob dosažení barevného efektu u dekoračního transparentního substrátu, zejména u bižutemího kamene, k získání dekoračního substrátu podle některého z nároků t až 7, vyznačený tím, že se na zadní stranu transparentního substrátu nanese naprašováním za vakua v následujícím pořadí od zadní strany transparentního substrátu 2 až 80 nm silná opticky modifikující vrstva, tvořená alespoň jedním prvkem nebo oxidem prvku ze souboru zahrnujícího Ge, Si

40 a oxidy Ti, Zr, Nb a AI, které jsou případně dopované dalšími prvky, reflexní vrstva, tvořená alespoň jedním kovem nebo slitinou ze souboru zahrnujícího Au, Ag, Cu, AI, Cr, Ti, hliníkové bronzy a slitiny Au, Ag a Cu a mající tloušťku zajišťující maximální možný odraz dopadajícího viditelného světla v závislosti na spektrální odrazivosti materiálu, z něhož je reflexní vrstva zhotovena, zpět do transparentního substrátu, a 10 až 100 nm silnou mezivrstvu, tvořenou alespoň

45 jedním kovem ze souboru zahrnujícího Ti, Cr a Cu, načež se na mezivrstvu nanese vrstva ochranného laku.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že se mezi opticky modifikující vrstvu a reflexní vrstvu nanese naprašováním za vakua 2 až 15 nm silná adhezní vrstva, tvořená alespoň

50 jedním oxidem kovu ze souboru kovů zahrnujícího AI, Ti, Zr a Sn.

-5CZ 300814 B6
10. Způsob podle nároku 8 nebo 9, vyznačeny tím, že se dekorační substrát s nanesenými vrstvami podrobí tepelnému zpracování při teplotě vyšší než 150 °C, avšak nižší, než je teplota, při které dochází k narušení kterékoliv z vrstev nebo k nežádoucí interakci mezi vrstva5 mi, po dobu 0,5 až 8 hodin.
11. Způsob podle nároku 10, vyznačený tím, že se dekorační substrát s nanesenými vrstvami podrobí tepelnému zpracování při teplotě 160 až 280 °C po dobu 0,5 až 2 hodin.

ío
12. Způsob podle nároku 8, vyznačený v tloušťce 15 až 40 nm.
13. Způsob podle nároku 8, vyznačený až 200 nm, zejména v tloušťce 90 až 140 nm.
14. Způsob podle nároku 8, vyznačeny 60 nm.
15. Způsob podle nároku 9, vyznačený

20 10 nm.

tím, že se opticky modifikující vrstva nanese tím, že se reflexní vrstva nanese v tloušťce 60 tím, že se mezivrstva nanese v tloušťce 20 až tím, že se adhezní vrstva nanese v tloušťce 3 až