ES2212385T3 - Marcacion de un diamante o una gema con una pluralidad de surcos. - Google Patents

Abstract

Método que es para formar una marca en una superficie de una gema y comprende el paso de formar una pluralidad de surcos (10) en dicha superficie de la gema, definiendo dichos surcos (10) la marca, produciendo los surcos (10) un efecto de difracción visible bajo determinadas condiciones de iluminación y ampliación; estando dicho método caracterizado por el hecho de que los surcos (10) definen un signo o signos sin afectar negativamente al grado de diafanidad de la gema.

Description

Marcación de un diamante o una gema con una pluralidad de surcos.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un método y un aparato para formar una marca en una superficie de un diamante o una gema, comprendiendo dicha marca uno o varios signos unitarios. La marca puede ser cualquier marca, si bien la invención está particular pero no exclusivamente dirigida a aplicar una marca informativa al diamante, y los signos pueden ser caracteres alfanuméricos o signos similares. El diamante puede ser, por ejemplo, un diamante industrial tal como una hilera de trefilado de alambre, si bien la invención es particularmente de interés para marcar diamantes naturales para joyería, y especialmente para aplicar una marca que es invisible a simple vista o invisible a simple vista usando una lupa de 10 aumentos (que es la lupa que es usada por los joyeros), cuando la marca puede ser aplicada a una faceta pulimentada de la gema sin que ello redunde en detrimento de su grado de diafanidad.

Las marcas pueden ser usadas para identificar de manera singular la gema mediante un número de fabricación, o bien como marca de fábrica o marca de calidad, pero la marca no deberá redundar en detrimento del valor o aspecto de la piedra preciosa, y preferiblemente no deberá presentar ennegrecimiento.

En la WO-97/03846 hay una descripción detallada de la naturaleza de las marcas que pueden ser aplicadas, siendo en dicho documento las marcas aplicadas a base de irradiar una gema natural para joyería con radiación láser ultravioleta usando una máscara de proyección.

Es general deseable producir marcas cuya resolución y visibilidad se vean mejoradas al ser las marcas visibilizadas utilizando las apropiadas condiciones de ampliación e iluminación, siendo las marcas tales que no redundan en detrimento del valor y aspecto del diamante o de la gema de otro tipo. Un objetivo de la invención es el de superar o mitigar al menos una de las desventajas del estado de la técnica, o aportar una alternativa útil.

La EP 0 648 445 describe un método que es para formar una marca en una superficie de un diamante o una gema y comprende el paso de formar una pluralidad de surcos en dicha superficie del diamante o de la gema, definiendo dichos surcos la marca, produciendo los surcos un efecto de difracción visible bajo determinadas condiciones de iluminación y ampliación. Dichos surcos abarcan la totalidad de una faceta, y la intención es la de incrementar la belleza del material a base de producir un efecto que es claramente visible a simple vista. No se sugiere en modo alguno que los surcos estén al servicio de cualquier otra finalidad.

La US 4 425 769 describe la técnica de crear una marca de identificación en un diamante o una gema de otro tipo, pero en dicho documento no se sugiere en modo alguno la formación de surcos para crear un efecto de difracción. La US 4 467 172 y la WO 97/03846 describen la técnica de poner una marca de identificación en un diamante, pero en dichos documentos no se sugiere en modo alguno la formación de surcos para crear un efecto de difracción. La US 4 639 301 describe una máquina que genera un haz iónico concentrado para reparar máscaras ópticas e iónicas y máscaras y retículos de litografía por rayos X. Nada se sugiere en dicho documento acerca de la aplicación de marcas a un diamante o una gema, así como acerca de la formación de surcos para crear un efecto de difracción.

La invención

La presente invención aporta los métodos que se exponen en las reivindicaciones 1, 2 ó 19.

Normalmente, la marca no puede ser leída o distinguida a simple vista. Sin embargo, los surcos producen un efecto de difracción que es visible bajo determinadas condiciones de iluminación. Cuanto mayor sea la profundidad de los surcos, tanto más visible será la marca al ser visibilizada. Los surcos deberán ser de una profundidad adecuada para que la marca sea bien visible bajo las apropiadas condiciones de visibilización, pero no tan profundos como para que se vea afectado negativamente el grado de diafanidad del diamante o de la gema de otro tipo. En una realización preferida, cada surco tiene una profundidad de no menos de aproximadamente 10 nm y/o de no más de aproximadamente 50 nm, sin signos de ennegrecimiento. Un ejemplo específico sería el de una profundidad de aproximadamente 30 nm.

Los surcos pueden estar en forma de líneas paralelas, que pueden ser alargadas y prácticamente equidistantes, o bien pueden incluso consistir en una pluralidad de surcos entrecruzados que formen una trama cruzada, en dependencia del efecto que se desee.

A pesar de que la marcación puede ser efectuada usando cualesquiera medios adecuados, y p. ej. efectuando un ataque con un láser excimero o un ataque con plasma, la marcación es preferiblemente efectuada usando un haz iónico, y con la máxima preferencia a base de escribir directamente en la superficie del diamante con un haz iónico concentrado. Limitando la dosis, puede evitarse la extracción de átomos de carbono por bombardeo iónico, ya que el bombardeo iónico ocasiona una remoción directa de material; y esto permite aplicar una marca con una profundidad controlada y una buena resolución. Típicamente son usados iones de galio, pero puede usarse como alternativa un haz de otros iones adecuados.

Se piensa que cada ion incidente desplaza a una serie de átomos de carbono sacándolos de sus sitios para así crear intersticiales y lagunas en el cristal del diamante. Al aumentar cuantitativamente el daño (el desorden de la red cristalina), hay una tendencia a que los enlaces sp^{3} de diamante sean sustituidos por los enlaces sp^{2} de tipo grafítico. Estos enlaces pueden ser atacados mediante un ataque químico para retirar la capa desordenada. Limitando la dosis y haciendo que haya una dosis suficiente, los iones incidentes ocasionan un desorden que convierte el diamante en una estructura del tipo del grafito o en otra estructura no de diamante que puede ser limpiada usando, por ejemplo, un potente agente oxidante tal como nitrato potásico fundido, a una temperatura de aproximadamente 380-550 grados centígrados por espacio de un periodo de tiempo de entre unos pocos minutos y varias horas.

Se ha comprobado que para retirar el diamante desordenado el uso de nitrato potásico es más eficaz que otros procesos conocidos, permitiendo así que sea producida una marca de una profundidad determinada con una dosis relativamente baja de iones.

Otros agentes oxidantes adecuados pueden ser compuestos fundidos tales como sales de metales alcalinos, o sea compuestos que están en la forma XnYm, donde el grupo X puede ser Li^{+}, Na^{+}, K^{+}, Rb^{+}, Cs^{+} u otro catión, y el grupo Y puede ser OH^{-}, NO_{3}^{-}, O_{2}^{2-}, O^{2-}, CO_{3}^{2-} u otro anión, siendo los enteros n y m usados para mantener el equilibrio de la carga. Pueden ser usadas mezclas de tales compuestos. Pueden estar también presentes aire u otros gases con contenido de oxígeno.

Como alternativa, la capa desordenada del diamante puede ser retirada usando un ácido o nitrato potásico disuelto en ácido. Sin embargo, el uso de nitrato potásico fundido, por ejemplo, elimina los vapores ácidos. Además, queda eliminada la necesidad de eliminar el ácido gastado, lo cual ofrece ventajas tanto en materia de seguridad como en materia de la conservación del medio ambiente, así como ventajas de carácter económico.

Se requiere minimizar la profundidad del desorden infligido por el haz iónico a la superficie del diamante. La profundidad del desorden viene determinada por el alcance de los iones. Para galio con 50 keV, este alcance es de aproximadamente 30 nm. La dosis mínima puede ser de aproximadamente 10^{13}/cm^{2} y es con preferencia de aproximadamente 10^{14}/cm^{2} a 10^{15}/cm^{2}, pero pueden ser aplicadas buenas marcas con una dosis bastante modesta, siendo la dosis máxima preferida de aproximadamente 10^{16}/cm^{2} o incluso de hasta aproximadamente 10^{17}/cm^{2}. Sin embargo, la dosis depende de los iones que se usen y de su energía (medida en keV). La dosis del haz iónico es el número total de iones incidentes por unidad de superficie en la superficie de la muestra durante la marcación. La intensidad del haz puede ser de aproximadamente 0,5 nA, y la energía del haz puede ser de no menos de aproximadamente 10 keV o aproximadamente 30 keV y/o de no más de aproximadamente 100 keV o de aproximadamente 50 keV.

Se ha comprobado que si la profundidad de la marca es registrada gráficamente referida a la dosis del haz iónico para una serie de distintas energías del haz, hay un incremento de la profundidad de la marca al incrementarse la energía del haz. Las características de la marca pueden ser optimizadas a base de seleccionar de entre las distintas combinaciones de dosis y energía aquéllas que redunden en la deseada profundidad de marca.

La zona a marcar y/o la zona circundante puede ser revestida con una capa conductora de la electricidad, como por ejemplo una capa de oro, antes de formar la marca, para que pueda ser establecida una conexión eléctrica antes de proceder a la marcación con un haz iónico, para impedir la carga. El espesor del revestimiento de oro o del otro revestimiento altera la variación de la profundidad de la marca al variar la energía del haz, y puede ser por consiguiente elegido convenientemente para optimizar la marca producida. Sin embargo, se prefiere irradiar la zona a marcar con una fuente de baja energía de electrones (de p. ej. aproximadamente 1-100 eV) de un cañón electrónico de inundación, por ejemplo, durante el proceso de marcación para impedir la carga.

Si se usa un haz iónico concentrado para formar la pluralidad de surcos, la precisión del método es tal que no es necesario un enmascaramiento; siendo el haz iónico aplicado directamente a la superficie del diamante en los sitios donde deben ser formados los surcos. Sin embargo, si van a ser usados otros métodos de menor precisión para formar los surcos, podrá ser entonces necesario enmascarar las zonas que se encuentren entre las zonas en las que deban ser efectuados los surcos, para evitar marcarlas.

Una vez formada la marca en la superficie del diamante o de la gema, la misma puede ser visibilizada como se expone en la reivindicación 19. La marca es preferiblemente visibilizada contra un fondo oscuro, es decir que se prefiere que prácticamente se impida que la luz con la que se efectúa la iluminación se refleje a través de la piedra preciosa y aparezca directamente detrás de la marca o cerca de la misma. Será obvio para un experto en la materia que a fin de lograr esto el ángulo y la dirección según los cuales sea suministrada la luz con la que se efectúa la iluminación (y por consiguiente la orientación y el espaciamiento de las líneas) deberán ser elegidos convenientemente para asegurar que no haya luz que pueda seguir el trayecto no deseado.

La ampliación que es típicamente necesaria para visibilizar la marca es la que va de 10 aumentos a 50 aumentos.

La distancia entre los de la pluralidad de surcos y el ángulo de la luz direccional determinan el color con el que aparecerá la marca al ser visibilizada. En general, para un retículo de difracción:

d.sen \theta = \pm n. \lambda

donde d es la distancia entre los distintos surcos, \theta es el ángulo de la luz incidente, \lambda es la longitud de onda de la luz difractada, y n es un entero. Preferiblemente, n = 1.

Así, cuando ha sido formada una marca en un diamante, d y n son valores fijos, y la longitud de onda de la luz difractada, es decir el color con el cual aparecerá la marca al ser visibilizada, puede ser variada a base de variar el ángulo de la luz incidente. Así, si se desea que la marca aparezca en color azul al ser visibilizada, el ángulo de la luz incidente, es decir \theta, es entonces ajustado de forma tal que \lambda sea de aproximadamente 450 nm, usando la ecuación anterior. Análogamente, si la marca debe aparecer en color rojo, \theta es entonces ajustado para que \lambda sea de aproximadamente 620 nm.

Realización preferida

Se describen a continuación realizaciones de la presente invención tan sólo a título de ejemplos y haciendo referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:

La Figura 1 es un diagrama esquemático ampliado del tipo de marca que se forma usando el método y el aparato de los aspectos primero y segundo de la presente invención;

la Figura 2 es una vista aún más ampliada en sección practicada según la línea A - A de la Figura 1; y

la Figura 3 es una vista esquemática de una realización de un aparato según el tercer aspecto de la presente invención.

Haciendo referencia a la Figura 1 de los dibujos, puede ser formada una marca realizada en forma de un carácter alfanumérico por medio de una pluralidad de surcos alargados paralelos equidistantes 10 que están separados unos de otros por una distancia d. Cada surco 10 puede tener una sección transversal en general cuadrada o rectangular, como se muestra en la Figura 2. Como alternativa, puede preferirse un perfil sinusoidal para reducir la no deseada difracción de orden superior.

Ejemplo

Se describe a continuación un método específico para formar cada surco.

Una gema natural para joyería es montada en un adecuado sujetador y es puesta en una cámara de vacío que está equipada con una fuente emisora de un haz iónico concentrado tal como la que es suministrada por la FEI o la Micrion. Durante la exposición, la zona a marcar puede ser irradiada usando un cañón electrónico de inundación suministrado por la Micrion, que aporta una fuente de electrones de baja energía, de p. ej. 1-100 eV, para impedir que sea cargado el diamante.

Usando un haz iónico concentrado con una exploración de trama o con un sistema similar para efectuar la exploración con el haz con deflexión electrostática, por ejemplo (como alternativa, puede ser movido el diamante, pero esto es menos práctico), y opcionalmente cualquier soporte lógico informático que sea adecuado para controlar el haz iónico, son "escritas" en la faceta del diamante las de una serie de líneas paralelas que están a poca distancia unas de otras.

La muestra es retirada de la cámara de vacío, es puesta en un crisol de acero inoxidable, y es cubierta con un potente agente oxidante tal como nitrato potásico fundido, por espacio de un periodo de tiempo de aproximadamente una a dos horas. La muestra es a continuación enfriada y retirada del nitrato potásico antes de ser limpiada usando agua y etanol, con lo cual son retiradas las partes de la superficie del diamante que han sido desordenadas por el haz iónico, y quedan los de una serie de surcos que están a poca distancia unos de otros y tienen cada uno una profundidad de aproximadamente 30 - 35 nm, sin signos de ennegrecimiento.

Al ser examinada antes de la limpieza, la zona que ha sido expuesta puede ser identificada por su aspecto del tipo del del grafito al ser examinada, por ejemplo, en un microscopio de luz reflejada. Una marca de este tipo no sería aceptable para un clasificador de diamantes, por cuanto que la misma reduciría considerablemente el grado de diafanidad del diamante. Sin embargo, tras haber sido efectuada la limpieza usando el potente agente oxidante, la marca no es fácilmente visible en un microscopio, no apreciándose contraste alguno entre la marca y las zonas circundantes. La marca deviene visible tan sólo cuando es iluminada por preferiblemente dos fuentes luminosas direccionales a un ángulo que corresponde al ángulo de luz difractada de una determinada longitud de onda, como es por ejemplo la luz azul, en cuyo momento la marca aparece en color azul. Una marca de este tipo es aceptable para un clasificador de diamantes, por cuanto que la misma no afecta negativamente al grado de diafanidad del diamante.

Los surcos dispuestos a escasa distancia unos de otros son preferiblemente formados dentro de un "perfil invisible" de un carácter alfanumérico o de algo similar, como se muestra en la Figura 1 de los dibujos.

Haciendo ahora referencia a la Figura 3 de los dibujos, se describe a continuación tan sólo a título de ejemplo un método y un aparato para visibilizar la marca que ha sido producida por el proceso anteriormente descrito.

El diamante marcado 104 es puesto sobre la superficie de visión 100 de un microscopio convencional 102. El diamante 104 es iluminado por dos fuentes luminosas direccionales 106 que tienen un ángulo \theta con respecto al eje geométrico vertical Y. Como se ha descrito anteriormente, \theta es elegido adecuadamente para que la marca parezca ser azul o roja, por ejemplo, según se desee. Así, si la marca debe aparecer el color azul, y si d es aproximadamente 1200 nm, \theta es entonces elegido para satisfacer la igualdad siguiente:

d.sen \theta = (aproximadamente) \ 450 nm

cuando n = 1 y 450 nm es la longitud de onda aproximada de la luz azul, que debe ser la longitud de onda de la luz difractada en X en la Figura 3. En este caso, \theta = 22º.

Las fuentes luminosas direccionales pueden ser proporcionadas por un iluminador de forma en general anular en el que estén enmascaradas todas sus partes exceptuando dos partes diametralmente opuestas del mismo. Un microscopio convencional puede incluir medios de iluminación que comprendan una fuente de forma anular circular que comprenda fibras ópticas iluminadas por una lámpara de filamento de tungsteno remota. Sin embargo, puede usarse para producir el mismo efecto cualquier fuente luminosa adecuada. Así, las fuentes direccionales pueden comprender una fuente luminosa y una pantalla opaca situada en el camino de la luz incidente, teniendo la pantalla dos aberturas formadas en la misma, estando las aberturas formadas a cada lado de un punto en general central, de tal manera que son producidas dos fuentes luminosas direccionales angulares.

La anterior descripción de la presente invención ha sido dada puramente a título de ejemplo, y pueden ser efectuadas modificaciones dentro del espíritu de la invención.

Claims (20)

1. Método que es para formar una marca en una superficie de una gema y comprende el paso de formar una pluralidad de surcos (10) en dicha superficie de la gema, definiendo dichos surcos (10) la marca, produciendo los surcos (10) un efecto de difracción visible bajo determinadas condiciones de iluminación y ampliación; estando dicho método caracterizado por el hecho de que los surcos (10) definen un signo o signos sin afectar negativamente al grado de diafanidad de la gema.

2. Método que es para formar una marca en una superficie de un diamante o una gema y comprende el paso de formar una pluralidad de surcos (10) en dicha superficie del diamante o de la gema, definiendo dichos surcos (10) la marca, produciendo los surcos (10) un efecto de difracción visible bajo determinadas condiciones de iluminación y ampliación; estando dicho método caracterizado por el hecho de que los surcos (10) definen un signo o signos que no pueden ser leídos a simple vista.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha marca es realizada en forma de uno o varios caracteres alfanuméricos o signos similares.

4. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha marca es realizada en forma de una marca de fábrica o una marca de calidad.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los surcos son formados a base de irradiar zonas del diamante o de la gema para hacer que sea desordenada la red cristalina del mismo o de la misma y producir una capa desordenada, y de retirar dicha capa desordenada.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos surcos (10) son formados por medio de un haz iónico concentrado.

7. Método según la reivindicación 6, en el que las zonas de dicha superficie del diamante o de la gema en las cuales la red cristalina del mismo o de la misma es desordenada por dicho haz iónico concentrado son retiradas por medio de un agente muy oxidante.

8. Método según la reivindicación 7, en el que dicho agente muy oxidante es nitrato potásico fundido.

9. Método según la reivindicación 7, en el que dicho agente muy oxidante es un compuesto que tiene la forma XnYm, donde el grupo X es Li^{+}, Na^{+}, K^{+}, Rb^{+}, Cs^{+} u otro catión, o mezclas de los mismos, y el grupo Y es OH^{-}, NO_{3}^{-}, O_{2}^{2-}, O^{2-}, CO_{3}^{2-} u otro anión, o mezclas de los mismos, siendo los enteros n y m usados para mantener el equilibrio de la carga.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que dicho haz iónico concentrado tiene una energía de haz de 50 keV o menos.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que dicho haz iónico concentrado tiene una intensidad de haz de aproximadamente 0,5 nA.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, en el que la dosificación de iones que es aportada por dicho haz iónico concentrado es de aproximadamente 10^{13}/cm^{2} a 10^{17}/cm^{2}.

13. Método según la reivindicación 12, en el que dicha dosificación es de aproximadamente 10^{14}/cm^{2} a 10^{16}/cm^{2}.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, en el que la zona de dicha superficie de un diamante o una gema a marcar es irradiada con una fuente de baja energía de electrones, a fin de eliminar la carga.

15. Método según la reivindicación 14, en el que la fuente de baja energía de electrones es un cañón electrónico de inundación.

16. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que son formados los de una pluralidad de conjuntos de surcos (10) que se entrecruzan para producir un efecto de entrecruzamiento.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la gema es un diamante natural para joyería.

18. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la marca es formada usando un aparato que incluye medios para irradiar partes de la superficie del diamante o de la gema y soporte lógico informático para controlar dichos medios de irradiación para determinar dónde la radiación incidirá en la superficie del diamante o de la gema para que la irradiación defina los surcos (10).

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19. Método para visibilizar una marca en la superficie de un diamante o una gema, comprendiendo dicha marca una pluralidad de surcos que producen un efecto difractivo visible al ser iluminados y ampliados; estando dicho método caracterizado por comprender los pasos de iluminar la marca con rayos de luz (106) que están cada uno a un ángulo (\theta) que corresponde al ángulo de difracción de la luz de una longitud de onda predeterminada o de una banda de longitudes de onda predeterminada, estando los rayos de luz prácticamente al mismo ángulo (\theta) con respecto a la normal (y) a dicha superficie, pero estando dichos rayos de luz al ser vistos mirando en una dirección normal a dicha superficie prácticamente en direcciones opuestas, y visibilizar dicha marca y ampliar la imagen visibilizada de dicha marca.

20. Método según la reivindicación 19, que comprende el paso de elegir el ángulo (\theta) y la dirección en la cual es suministrada la luz que efectúa la iluminación convenientemente para visibilizar la marca contra un fondo relativamente oscuro.