专利名称：饰石的制作方法
技术领域：
本发明涉及人造饰石。
饰石尤其宝石，在它们嵌入首饰金属体中之前磨光或磨锐，以便将射入的光线光谱分解和反射，由此造成饰石的光彩和光泽。不过达到这一点的先决条件是饰石最小尺寸和纯度。因此开采到的钻石有2/3不适用于通过磨削制成饰石，因为它们要么体量或深度太小，要么由于它们的颜色或它们的杂质因而只能使用于工业(用于工艺的目的)。
钻石具有光彩和光泽主要通过射入饰石中的大部分光线几乎沿其来的方向散射回去。为达到这一点，将通过上部磨光面射入钻石晶体的光线反射到宝石下部区内并能通过上部磨光面重新射出。在这种情况下，光线在至少两个反射步骤中共反射约(180°±X°)。因此磨光面角度彼此的布局必须考虑钻石/空气界面的光学特性，使总反射角决不超出界限。
对于在钻石内的光径重要的是，在后磨光面内亦即在钻石下部，光径角始终大于总反射角。也就是说，光线向上反射，另一方面光线必须沿这样的角度射在上部磨光面和板片(Tafel)上，即，光线应能射出。金刚石宝石不磨光成使光线准确地从它来的方向反射(例如在猫眼中便是这种情况)。确切地说，在射入和射出的光线之间存在一个张开角，此张开角导致射入眼中的反射。由于扩散作用，射出角对于不同的波长是不一样的。
对于宝石的光泽重要的是光线在钻石内的扩散作用，它导致光线如在棱镜内那样的分解，然后作为光谱颜色被眼睛看到。
在观察宝石时出现的另一个效果是，当宝石转动时有许多来自磨光面的经多次反射形成的光斑射入眼睛内。这些是磨光面应完成的重要任务。
按CVD工艺制成的人造钻石层用来制造磨光的饰石例如宝石要么太贵要么太薄，上述饰石应有给人留下深刻印象的作为它们定价依据的光泽。对于这种光泽重要的是要具有准确的几何形状，以便使射入的光线有尽可能大的部分能沿射入方向反射。
本发明的目的是，由通过气相沉积获得的大表面的宝石层制成人造饰石，这种宝石层尽管尺寸不怎么有利，亦即层的厚度有限，但仍能获得引人注目的外观。
按本发明此目的借助于一种饰石达到，这种饰石由最好片状的支托或基片组成，它的一个表面至少有一个棱锥形的槽，并支托有一个最好按CVD或PVD工艺通过气相沉积获得的宝石层。
为了使按本发明的饰石的宝石层尤其是钻石层有光彩，必须适当地制作它放在支托例如硅片上的下侧，从而如在单晶的天然宝石中那样使之能反射大部分射入的光线。这可以通过适当地预处理要覆层的硅片表面来达到。在这种预处理之后，硅片便有了作为阴模的必要的形状，所以构成钻石层的后侧或下侧获得相应的正的形状。作为用于此类人造钻石层的支托或底座，除硅片外，适用的材料还有如贵金属、钨、钼或硬质合金，它们允许用钻石良好地覆层并可在其表面加工相应的结构。
在要覆层的支托内加工出一定的结构，可根据它的材料，或采用机械加工方法，例如通过磨削具有一定的型面、电解法或尤其对于硅片采用化学或等离子技术通过腐蚀获得。在这里可使用各向同性的方法也可以使用各向异性的方法。例如KOH提供作为各向异性的腐蚀剂。这种碱导致在单晶片中生成棱锥形的浸蚀槽。在采用浸蚀成形时也可以借助于各向同性的腐蚀剂在底座内腐蚀出棱锥形结构。腐蚀剂恰当的成分可以产生所要求的棱锥角。如上面已提及的那样，若应实现约180°±X°的分步反射，则棱锥角必须相应地匹配。
在宝石层支托的边缘区可以有与中央区不同的棱锥角。不过也可在宝石层下侧的反射面(磨光面)设计有不同的角度，以便采用这一办法彼此独立地调整光彩和光泽。在这种情况下磨光面的角度可这样选择，即，使光线在宝石层内多次来回反射，由此达到光谱颜色的强烈分离。
最简单的做法是，通过唯一的一次蚀刻作用在整个支托表面加工出一些相同的角度，它们例如有大约为109°的同一个棱锥张角。这一角度通过蚀刻工艺可容易获得。在蚀刻过程前，支托表面遭受一次激光侵蚀，以易于达到所要求的几何形状。
也可以使用与(100)或(111)薄片不同的定向。关键在于以正确的方式协调钻石层的晶体方向与蚀刻作用的方向，以便获得最佳光学效果。与钻石单晶不同，在例如按CVD工艺制造的多晶体的人造钻石层中还存在晶体界面，由于折射率不同所以可将它们看作附加的折射区。其后果是，晶体界面必须按有利的方式在其例如柱状的结构中考虑，以便对光彩和光泽有正面的影响。无论如何必须考虑晶体界面对光学效果的影响。
在一种简单的棱锥形状中，也可以采取这样的措施使光线向回反射，即，气相宝石尤其是VCD钻石的背面或下面附加地例如通过金或钛镀层镜面化。于是，反射可简单地通过在金或钛表面上的镜面实现。
为了使单晶宝石的光彩和光泽尽可能接近，人造钻石层表面的八角形的形状是有利的，钻石层事后按此形状磨削。其中，下侧的角度应与变化的出口状况相适应。
配设有通过气相沉积获得的宝石层的支托，可作为饰石，按传统的方法嵌入饰物的例如金属体内。
支托或基片带有沉积的宝石层的面不一定是平的；它们例如可能是凸的，以便获得的人造饰物有凸棱形宝石或钻石钮的造型设计。
采用本发明可使人造饰石尤其钻石不仅有特别的光学性能如光彩和光泽，而且例如通过多次计算尺寸获得在天然矿产宝石不能类似地得到的和借助其他合成方法尤其是高压-高温技术由于经济-技术的原因也不可能得到的表面尺寸。在制造时通过气相的组成给予按本发明的宝石自己特有的体色(例如通过硼成蓝色或通过氮成黄色)，这就有可能将其使用在仅仅设想的任何饰物上或用于任何想像的有宝石的装饰品上。
下面再借助
按本发明的饰石的实施例。其中图1是饰石宝石层的示意侧视图；图2是图1Y区放大示意图3是图1宝石层的示意俯视图；图4是图1宝石层的示意底视图；以及图5是图4X区放大示意图。
附图中为了简化和看得清楚起见只表示了宝石层而没有它的支托，支托与宝石层毗邻的一侧成形为与之成镜面对映。
宝石层1在下侧有许多具有角度“A”的棱锥形隆凸2，以及在其上侧制有八角形磨光面。
牢固粘附在未表示的支托上并磨光的宝石层1构成按本发明的饰石，它可以嵌入一饰物例如戒指中。
宝石层置于其上的支托不一定有以后制成的饰石的尺寸。可以从带有宝石层的大面积支托上切下一些部分并处理或加工成一饰石。
权利要求
1.饰石，其特征在于一个最好片状支托，它的一个表面有至少一个棱锥形槽和支托着一个通过气相沉积获得的宝石层(1)。
2.按照权利要求1所述的饰石，其特征为支托是一硅片。
3.按照权利要求2所述的饰石，其特征为支托是一个(100)或(111)薄片。
4.按照权利要求1所述的饰石，其特征为支托用贵金属制造。
5.按照权利要求1所述的饰石，其特征为支托用硬质合金制造。
6.按照权利要求1所述的饰石，其特征为支托用耐火金属如钨或钼制造。
7.按照权利要求1至6之一所述的饰石，其特征为棱锥形的槽通过机械加工例如磨削或冲压获得。
8.按照权利要求1至6之一所述的饰石，其特征为棱锥形的槽通过腐蚀获得。
9.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为一个支托的这些槽的锥角是不相同的。
10.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为槽的锥角约为109°。
11.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为宝石层(1)的晶界设计为柱状的。
12.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为棱锥形的槽是镜面化的。
13.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为宝石层(1)的表面磨光。
14.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为宝石层(1)通过加添加剂具有体色。
15.按照前列诸权利要求之一所述的饰石，其特征为支托上支承着宝石层(1)的表面是弯曲的。
全文摘要
本发明涉及人造饰石,它由一最好片状支托或基片组成,支托的一个表面至少有一个棱锥形的槽并支托着一个通过气相沉积获得的宝石层(1)。
文档编号C23C16/26GK1241120SQ98801441
公开日2000年1月12日 申请日期1998年9月23日 优先权日1997年9月30日
发明者恩斯特·米夏埃尔·温特尔, 洛特尔·谢弗, 托斯藤·马特 申请人:温特尔Cvd技术有限公司