在寶石表面形成圖紋的方法

2023-05-10 06:39:11 1

專利名稱：在寶石表面形成圖紋的方法
技術領域：
本發明是關於一種在寶石表面形成圖紋的方法，特別指利用具有鏤空構造的遮蔽 層覆蓋於寶石的表面，以不破壞寶石質量的方式，層積出具有立體的、色彩的圖形和/或文 字的方法。
背景技術：
在寶石外觀上加工處理出具有特殊圖形、紋路或文字的造型，可以美化寶石的外 觀且增益其價值。然而，一般圖形、紋路或文字的形成方式不外以機械研磨、雷射加工或化 學蝕刻等破壞性方式實施，此種方法不但造成寶石質量的損失，且一旦加工失誤難以恢復。 另外，以上述方式加工所形成的圖形、紋路或文字，只能呈現出與原寶石相同的色調，無法 給予寶石豐富的色彩變化。而現有的具有多種色彩的寶石，多半是以不同顏色的寶石鑲嵌 於一寶石所形成。

發明內容
鑑於現有的寶石加工有如上的缺失點，因此，本發明提供一種在寶石表面形成圖 紋的方法，可直接於寶石表面形成圖形、紋路或文字而不破壞寶石，以解決現有的寶石加工 會減少寶石質量的問題。本發明還提供一種在寶石表面形成圖紋的方法，可精確的在寶石表面形成圖形、 紋路或文字，而解決現有的寶石加工的失誤問題。本發明還提供一種在寶石表面形成圖紋的方法，可在寶石表面形成不同於原寶石 顏色的圖形、紋路或文字，而解決現有的寶石加工只有單一色彩的問題。如上所述的本發明的在寶石表面形成圖紋的方法，其步驟包括將至少一鏤刻有 圖紋的遮蔽層覆蓋於欲形成圖紋的寶石表面；在寶石表面的遮蔽層的圖紋鏤空處沉積生長 一輪廓相應於鏤空圖紋的第一晶體層；以及，將遮蔽層自寶石表面上移除。若是要形成數層 不同圖形或大小的圖紋時，其步驟還包括將另一鏤刻有圖紋的遮蔽層覆蓋於第一晶體層 的表面；在第一晶體層表面的遮蔽層的圖紋鏤空處生長一輪廓相應於鏤空圖紋的第二晶體 層；最後，將遮蔽層自第一晶體層表面上移除，即可得到寶石表面層積有第一及第二晶體層 數層的浮凸圖紋。如上所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中第一晶體層生長於寶石的一平滑 表面或一凹陷表面，而凹陷表面可利用雷射或蝕刻或機械加工形成。寶石欲形成圖紋的 表面積應儘量寬廣及平坦光滑，以免造成圖紋厚度與輪廓分布不均勻，以鑽石為例，圓形 (Round)、公主方(Princess)、祖母綠形(Emerald)、雷第恩(Radiant)的冠部桌面(Table) 為圖紋形成較適合的平面。如上所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中寶石及第一晶體層的材質可為同質 或異質，而寶石可以是具晶體結構的天然或人造寶石，如鑽石、剛玉、鋯石等；寶石可以先進 行切削研磨加工成形或於圖紋形成後加工亦可，但後者較易造成圖紋損傷。寶石及第一晶體層的顏色可為相同顏色或不同顏色，可依照設計需求與構成圖紋的色彩進行搭配，例如 以黑白鮮明的對比色彩進行搭配。如上所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中遮蔽層的材料為金屬或陶瓷或金屬 和陶瓷的複合材料；而遮蔽層的鏤空圖紋，可以用機械衝壓、車削、雷射加工、化學蝕刻、電 漿蝕刻等方式形成。 如上所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中晶體生長的方法選自化學氣相沉積 法(Chemical Vapor D印osition)、物理氣相沉積法(Physical Vapor D印osition)、化學 溶液法(Chemical SolutionD印osition)、脈衝雷射沉積法(Pulsed Laser Deposition) > 分子束磊晶法(Molecular Beam Epitaxy)、電鍍法(Electroplating)等至少一種方法或是 各方法間彼此相互搭配混合使用。如上述的任何一種晶體生長方法，均可由晶體生長條件等合成參數的調整而得到 具特定色彩的寶石晶體。以化學氣相沉積法(CVD)生長鑽石為例，由於生長的溫度會影響 鑽石晶體內部碳、氮與缺陷的行為變化，因此在晶體生長溫度大於1300°C所生長的鑽石晶 體常呈深棕色或黑色，而小於1300°C所生長的鑽石晶體顏色則為棕色或黃色。當CVD腔體 內氮濃度非常少時，可生長出透明無色的鑽石晶體(氮含量低於0.001%)。但當CVD腔體 內氮濃度非常多時，則較易得到綠色的鑽石晶體。此外，由於硼能使鑽石產生藍色，因此在 鑽石晶體生長過程中添加微量的硼則可得到藍鑽，但如果添加硼的量過多時(約一萬個碳 原子中有一個硼原子)，便會造成不透明的藍黑色鑽石。除了 CVD以外，其它的晶體生長方式亦同樣可得到不同色彩的晶體，例如可利用 脈衝雷射沉積法(PLD)來進行晶體生長。脈衝雷射沉積法為物理氣相沉積法(PVD)的一種， 又名雷射熔損沉積法(LaserAblation D印osition)，其原理是利用高能量密度的脈衝雷射 照射於欲鍍材料的靶材上，使靶材物質瞬間蒸發進而沉積於基材表面，常用於金屬氧化物、 金屬氮化物或碳化物的生長。本發明依此法所使用的雷射源並未限定，可依照所使用的靶 材材料來選擇適當的雷射系統，一般鍍膜常用的雷射系統有Nd:YAG雷射(波長1064nm或 倍頻系統)或KrF(波長248nm)準分子雷射。由於此法具有維持生長晶體與靶材有著相 同或接近的成份組成比例的特性，因此欲生長的晶體顏色色系可由靶材的顏色來決定，並 且受到雷射脈衝功率、晶體生長溫度以及氧氣分壓的影響會呈現不同的色調(Hue)、明暗 (Tone)以及透明度(Transparency)變化。例如欲使生長出的氧化鋯晶體顏色具有紅色色 調，則可選用紅色的氧化鋯靶材，所使用的脈衝功率至少lmj，重複頻率為IHz以上，生長溫 度可由室溫至1000°C，氧分壓為0-300mTorr進行色彩上的調整。基本上於較大的雷射功率 下，溫度與氧分壓越低可使氧化鋯晶體的顏色越深且不透明。如上所述的在寶石表面形成圖紋的方法，還包括一鍍膜步驟，在最後晶體層表面 披覆一耐磨損的透明保護層，使圖紋不會遭受外力碰撞而損傷。經本發明如上方法所加工的寶石，除原珠寶飾品的用途外，亦可應用於如商標名 牌、袖扣領章、精品吊飾、紀念品、開運護身符等裝飾精品或物品。


圖1為本發明的在寶石表面形成圖紋的方法的第一較佳實施例的步驟示意圖。圖2為本發明的在寶石表面形成圖紋的方法的第二較佳實施例的步驟示意圖。
主要附圖標記11遮蔽層12 寶石 13 表面14圖紋鏤空處15第一晶體層16遮蔽層17圖紋鏤空處18第二晶體層
具體實施例方式以下列舉至少一實施例具體說明本發明的較佳實施方式及其特性。如圖1所示的本發明的在寶石表面形成圖紋的方法的第一較佳實施例的步驟示 意圖，其步驟包括將至少一鏤刻有圖紋的遮蔽層11覆蓋於欲形成圖紋的寶石12中的一表 面13 ；接著，在寶石表面的遮蔽層11的圖紋鏤空處14，利用晶體生長技術沉積生長一輪廓 相應於鏤空圖紋的第一晶體層15 ；最後，將遮蔽層11自寶石表面上移除，即於寶石表面得 到一凸出的圖紋(即第一晶體層15)。如圖2所示的本發明的在寶石表面形成圖紋的方法的第二較佳實施例的步驟示 意圖，完成上述步驟後所形成的圖紋，可以是在寶石的其中一表面的單一圖紋或多個圖紋， 或者圖紋分散於多個表面。另外，若欲在已完成的圖紋表面再層積數層的圖紋，則可重複上 述的在寶石表面形成圖紋的步驟，包括將另一鏤刻有圖紋的遮蔽層16覆蓋於第一晶體層 15的表面；在第一晶體層15表面的遮蔽層16的圖紋鏤空處17生長一輪廓相應於鏤空圖 紋的第二晶體層18 ；在第一晶體層15生長完成後將遮蔽層11自第一晶體層15表面上移 除。在上述較佳實施例中，由於第一晶體層15周圍先套設遮蔽層11，因此遮蔽層16雖覆蓋 於第一晶體層15表面，亦同時套置於遮蔽層11表面；但，遮蔽層16可通過延伸腳或加大厚 度的方式直接與寶石表面接觸，而不必採遮蔽層堆棧的方式。如上述的第一及第二具體實施例，其中寶石選用立方氧化鋯寶石(cubic zirconia，俗名蘇聯鑽)，而寶石形成圖紋的表面為一特定的觀賞面(通常選擇寶石的最 大表面)。另外，第一及第二具體實施例所利用進行晶體生長的方法為脈衝雷射沉積法 (PLD)，其中使用KrF準分子雷射；PLD靶材選擇立方氧化鋯；脈衝或雷射功率10_650mJ ；重 復頻率為l-50Hz ；晶體生長溫度由室溫至1000°C;氧分壓為0-300mTorr。以PLD進行晶體 生長，可由選擇不同靶材及調整各條件參數，而獲得不同顏色的晶體，例如第三實施例，使用黑色立方氧化鋯靶材，雷射功率為IOOmJ,重複頻率為10Hz，晶 體生長溫度為室溫，並且不額外通入氧氣(氧氣分壓為0)的條件下進行生長，可生長出具 有不透明的深黑色的立方氧化鋯晶體。第四實施例，靶材為紅色立方氧化鋯，雷射功率80mJ、晶體生長溫度為室溫，但氧 分壓為30mTorr的條件下進行生長，可得到紫紅色半透明的立方氧化鋯晶體。第五實施例，靶材仍為紅色立方氧化鋯，雷射功率為50mJ，晶體生長溫度維持室 溫，氧分壓為50mTorr的條件下生長，則可形成白色的立方氧化鋯晶體；然而當溫度增加至300°C，所生長的立方氧化鋯晶體將會形成淡褐色。第六實施例，靶材仍為藍色立方氧化鋯，雷射功率為IOOmJ,晶體生長溫度維持室 溫，氧分壓為15mT0rr的條件下進行生長，則可形成藍色的立方氧化鋯晶體。第七實施例，靶材為任一顏色立方氧化鋯，雷射功率為IOOmJ,晶體生長溫度大於 300°C，氧分壓為50mTorr的條件下進行生長，則可形成透明無色的立方氧化鋯晶體。
如上述第三至六實施例所生長的具有色彩的立方氧化鋯晶體，可再經過一加熱程 序施以大於300°C的溫度，以將具有色彩的立方氧化鋯晶體變成透明無色。依據上述選擇不同靶材及調整各條件參數，可獲得不同顏色的晶體的作法，可在 一寶石上形成不同色彩組合的全彩圖紋。例如圖2所示的第二實施例，其中第一晶體層15 可為一藍色的氧化鋯晶體，而第二晶體層18則為紅色氧化鋯晶體層，或是第一晶體層15表 面還設置有一第三晶體層(圖中未示)，而第三晶體層與第二晶體層18可為相同或不同層 積高度、相同或不同顏色晶體，以便在寶石上構成一具有立體、豐富色彩的圖形、文字。在上述諸實施例中，當不同顏色圖紋在同一寶石或晶體平面上呈現時，後加工的 遮蔽片須要能遮住下層或前一次形成的圖紋，以避免圖紋形成於未規劃的區域或位置。以上實施例僅為說明本發明的較佳實施方式，並非用以限制本發明的權利範圍， 任何本領域的技術人員在參酌本發明如上公開的技術說明後，進行不背離本發明技術精神 的改變、修飾，皆是可以的。因此，本發明的實際權利請求範圍如本發明的權利要求中所述。
權利要求
一種在寶石表面形成圖紋的方法，其步驟包括將至少一鏤刻有圖紋的遮蔽層覆蓋於欲形成圖紋的寶石表面；在寶石表面的遮蔽層的圖紋鏤空處沉積生長一輪廓相應於鏤空圖紋的第一晶體層；以及將遮蔽層自寶石表面上移除。
2.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中第一晶體層生長於寶石的一 平滑表面。
3.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中第一晶體層生長於寶石的一 凹陷表面。
4.如權利要求3所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中寶石的凹陷表面用雷射或蝕 刻或機械加工形成。
5.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中寶石及第一晶體層的材質為 同質或異質。
6.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中寶石及第一晶體層的顏色為 相同顏色或不同顏色。
7.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中晶體生長的方法選自化學氣 相沉積法、物理氣相沉積法、化學溶液法、脈衝雷射沉積法、分子束磊晶法、電鍍法中的至少一種。
8.如權利要求7所述的在寶石表面形成圖紋的方法，利用脈衝雷射沉積法生長一晶 體，其生長晶體的條件包括靶材與寶石同質或異質；雷射源為Nd:YAG雷射或KrF準分子 雷射的其中一種；雷射功率至少ImJ ；重複頻率為IHz以上；生長溫度為室溫至1000°C ；氧 分壓為 0_300mTorr。
9.如權利要求8所述的在寶石表面形成圖紋的方法，生長一不透明的深黑顏色的立方 氧化鋯晶體，其生長晶體的條件為靶材為一黑色立方氧化鋯；雷射源為KrF準分子雷射； 雷射功率IOOmJ ；重複頻率為IOHz ；生長溫度為室溫；氧分壓為OmTorr。
10.如權利要求8所述的在寶石表面形成圖紋的方法，生長一紫紅色半透明的立方氧 化鋯晶體，其生長晶體的條件為靶材為一紅色立方氧化鋯；雷射源為KrF準分子雷射；激 光功率80mJ ；重複頻率為IOHz ；生長溫度為室溫；氧分壓為30mTorr。
11.如權利要求8所述的在寶石表面形成圖紋的方法，生長一白色的立方氧化鋯晶 體，其生長晶體的條件為靶材為一紅色立方氧化鋯；雷射源為KrF準分子雷射；雷射功率 50mJ ；重複頻率為IOHz ；生長溫度為室溫；氧分壓為50mTorr。
12.如權利要求8所述的在寶石表面形成圖紋的方法，生長一淡褐色的立方氧化鋯晶 體，其生長晶體的條件為靶材為一紅色立方氧化鋯；雷射源為KrF準分子雷射；雷射功率 50mJ ；重複頻率為IOHz ；生長溫度為300°C ；氧分壓為50mTorr。
13.如權利要求8項所述的在寶石表面形成圖紋的方法，生長一藍色的立方氧化鋯晶 體，其生長晶體的條件為靶材為一藍色立方氧化鋯；雷射源為KrF準分子雷射；雷射功率 IOOmJ ；重複頻率為IOHz ；生長溫度為室溫；氧分壓為15mTorr。
14.如權利要求9至13其中之一所述的在寶石表面形成圖紋的方法，還包括一加熱程 序，以大於300°C的溫度施於具有色彩的立方氧化鋯晶體，使其顏色變成透明無色。
15.如權利要求8所述的在寶石表面形成圖紋的方法，生長一透明無色的立方氧化鋯 晶體，其生長晶體的條件為靶材為任一顏色的立方氧化鋯；雷射源為KrF準分子雷射；激 光功率IOOmJ ；重複頻率為IOHz ；生長溫度大於300°C ；氧分壓為50mTorr。
16.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其步驟還包括 將另一鏤刻有圖紋的遮蔽層覆蓋於第一晶體層的表面；於第一晶體層表面的遮蔽層的圖紋鏤空處生長一輪廓相應於鏤空圖紋的第二晶體層；以及將遮蔽層自第一晶體層表面上移除。
17.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，還包括一鍍膜步驟，於第一晶體 層表面披覆一耐磨損的透明保護層。
18.如權利要求1所述的在寶石表面形成圖紋的方法，其中遮蔽層的材料為金屬或陶 瓷或金屬和陶瓷的複合材料。
全文摘要
本發明公開一種在寶石表面形成圖紋的方法，該方法利用一具有鏤空有圖紋的遮蔽層覆蓋在寶石的一表面，使用積層技術在遮蔽層的圖紋鏤空處生長一晶體層，並重複上述步驟，在寶石其它表面或已形成的晶體層表面再積層另外的晶體層；並借著晶體生長的條件控制，使生長的晶體具有相同或不同於原寶石的顏色，以便在不破壞寶石、不減少寶石質量下，在寶石的任何一面上形成具有立體的、色彩的圖形和/或文字的圖紋。
文檔編號C30B23/00GK101966792SQ200910160869
公開日2011年2月9日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者孫繼文, 張立, 陳致宇 申請人:碳雨材料科技股份有限公司