MX2010013305A - Un sustrato decorativo, especialmente una piedra artificial de joyeria con un efecto de color, y un metodo para lograr el efecto de color para un sustrato transparente decorativo. - Google Patents

Abstract

La invención concierne un sustrato decorativo, especialmente una piedra artificial de joyería que tiene un efecto de color, formada por un sustrato transparente el cual comprende las siguientes capas en su lado trasero depositadas en el siguiente orden desde el lado trasero del sustrato: una capa ópticamente modificadora, una capa de reflexión formada por al menos un elemento o por una aleación a partir de un grupo que incluye Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, bronces de aluminio y aleaciones de Au, Ag y Cu, una capa interpuesta que tiene un espesor de 10 a 100 nm, y una capa de un barniz protector. Alternativamente comprende entre la capa ópticamente modificadora y la capa de reflexión, una capa adhesiva formada por al menos un óxido de metal a partir de un grupo de metales que incluyen Al, Ti, Cr y Sn. La invención concierne también a un método para lograr el efecto de color para un sustrato transparente decorativo.

Description

UN SUSTRATO DECORATIVO, ESPECIALMENTE UNA PIEDRA ARTIFICIAL DE JOYERÍA CON UN EFECTO DE COLOR, Y UN MÉTODO PARA LOGRAR EL EFECTO DE COLOR PARA UN SUSTRATO TRANSPARENTE DECORATIVO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención concierne a un sustrato decorativo, el sustrato que es especialmente una piedra artificial de joyería que tiene un efecto de color, especialmente el efecto que simula una coloración de gemas naturales. La invención concierne aún más a un método para lograr tal efecto de color de un sustrato transparente decorativo. El término "un sustrato transparente" debe ser entendido dentro del alcance de esta invención como cualquier producto que es transparente para la región visible de la luz. Tal sustrato transparente puede formarse especialmente por una piedra artificial de joyería, ventajosamente por una piedra transparente de joyería de fantasía hecha artificialmente, por ejemplo por un vidrio o piedra artificial plástica de joyería que venta osamente no está coloreada por ninguna tecnología. Para propósitos de simplificación de la descripción siguiente, la invención será descrita aún más con respecto a una piedra artificial transparente de joyería, incluso si todo lo que se diga aquí en este contexto sea válido también para otros sustratos transparentes como se definió anteriormente. Por lo que concierne al efecto de color el cual debe lograrse para el sustrato transparente, la materia concierne un efecto de color que no cambia su color bajo observación en diferentes ángulos del lado en que este efecto de color debe ser manifestado, por ejemplo del lado que es visible para el observador. Este lado visible se mencionará adicionalmente como el lado delantero del sustrato decorativo, el lado contrario que no manifiesta el efecto de color será mencionado aquí como el lado de atrás del sustrato decorativo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La motivación fundamental de colorear piedras artificiales, por ejemplo piedras artificiales de joyería o joyería de fantasía hechas transparentes, es el esfuerzo de lograr la coloración de estas piedras que es típica para piedras naturales semipreciosas y preciosas. Una tecnología para lograrlo es la tecnología para colorear piedras artificiales de joyería dentro de la masa. Por ejemplo, esta tecnología utilizada para piedras artificiales de vidrio de joyería consiste en el hecho de que un agente de coloración se agrega al lote de vidrio para producir la piedra, cuando el agente de coloración absorbe la parte de la luz visible causa la coloración deseada de la piedra artificial de joyería. El inconveniente de este método de coloración de piedras artificiales de joyería es especialmente el hecho de que este método demanda grandes costos con respecto a economía y energía. Por una parte, es necesario utilizar relativamente una gran cantidad de un agente de coloración de primera categoría y relativamente valioso para colorear la masa entera del lote de vidrio, por otro lado es necesario mezclar a este agente muy uniformemente en el lote de vidrio, una gran cantidad de energía es necesaria para esta operación. Otra desventaja es también el hecho de que para alcanzar la misma coloración para diferentes tamaños de piedras, es necesario tener siempre una fórmula específica para cada categoría de tamaño estrecha de piedras artificiales de joyería. Así el número de dichas fórmulas excede muchas veces el número de colores de catálogo, que frecuentemente es también muy difícil de alcanzar la reproducibilidad de la coloración. En tal caso pueden lograrse algunos defectos color aún después de un tratamiento térmico secundario del vidrio fabricado, el proceso de tratamiento de color siendo una causa adicional de irregularidades en la reproducibilidad de la coloración.

Un método para colorear las piedras de joyería es la difusión de iones, por ejemplo la difusión de titanio, hierro o cobalto en la piedra de joyería. No obstante, tales procesos de difusión, descritos por ejemplo en las patentes U.S. 2,690,630 y 4,039,726; son limitados tradicionalmente a iones específicos y sustratos transparentes específicos, tales sustratos que son por ejemplo zafiro y topacio. Además, estos procesos de difusión son ejecutados a temperaturas extremadamente elevadas lo que ocasiona frecuentemente fisuras u otros daños de la piedra de joyería, los procesos demandan también tiempos de procesamiento largos, por ejemplo mayores a un día.

Otro método es para colorear la superficie de la piedra artificial de joyería por colores orgánicos, por ejemplo cuando se usa la tecnología sol-gel. No obstante, esta tecnología no produce capas de color suficientemente duraderas y devalúan el efecto óptico alcanzado a través del molido y pulido en máquina.

Por último, la atención es dirigió a colorear piedras de joyería sin color o a modificar colores de piedras de joyería al depositar una capa sumamente absorbente sobre la parte trasera de las piedras, la capa que se formó por una o más capas parciales que absorben algunas regiones de la luz visible que produce una coloración correspondiente colorido de la piedra de joyería. Esta tecnología de recubrimientos por absorción es descrita por ejemplo en el documento de patente No. 5,853,826; allí se menciona una combinación inespecífica de capas de absorción con una capa que tiene un índice de refracción alto que ocasiona también una reflexión parcial de luz aunque una parte significativa de luz pasa a través de esta capa. No obstante, el inconveniente de esta solución es el hecho de que las piedras coloreadas de esta manera tiene una sombra que cambia junto con el cambio del ángulo de observación. Una tecnología similar de capas de absorción que producen una sombra que no cambia junto con el ángulo de observación es descrita, por ejemplo en el documento de patente No. 7 , 137 , 275B2 ; el efecto deseado se alcanza en este caso al recubrir con capas transparentes o parcialmente transparentes; es decir, capas que son al menos parcialmente permeables para tales regiones de luz visible que no fueron absorbidas por dicho recubrimiento altamente absorbente. Una cierta parte de luz puede bajo ciertas condiciones geométricas pasar a través de la piedra sin ninguna contribución a la coloración y brillo de la piedra. Las piedras de joyería son diseñadas regularmente respecto al índice de refracción alto de materiales a partir de los cuales son producidas, a manera de utilizar en una medición máxima la reflexión total sobre la interfaz óptica, esto es diferente de piedras hechas de materiales con un índice de refracción más bajo, por ejemplo hechas de vidrio donde es razonable utilizar una capa de reflexión recubierta especialmente sobre la parte trasera de la piedra.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El tema objetivo de esta invención consiste en recubrir la parte trasera del sustrato, especialmente de una piedra de joyería con un sistema de al menos dos capas que funciona ópticamente, la capa más distante desde la parte trasera del sustrato recubierto (aún más sólo la capa de reflexión) tiene una transmitancia de cero para la región de luz visible y refleja una cantidad posible máxima de luz visible en dependencia de la reflectividad espectral del material de regreso al interior de la piedra, mientras que la capa cerca a la parte trasera del sustrato (aún más sólo la capa ópticamente modificadora) tiene una absorción selectiva por algunos componentes de luz visible y además modifica substancialmente el tono de color resultante de la luz que reparte la piedra, también la interferencia de la luz reflejada puede participar además en esta modificación con respecto al espesor utilizado de la capa ópticamente modificadora. La invención está formada asi por la combinación dicha de la capa ópticamente modificadora y de la capa de reflexión lo que asegura una reflexión selectiva de color de luz visible de vuelta al interior de la piedra y desde allí hacia el observador por medio de la interacción de la luz visible con estas capas.

El objeto de esta invención es, por lo tanto, un sustrato decorativo, especialmente una piedra artificial de joyería que tiene un efecto de color, el tema objetivo de este consiste en el hecho de que está formado por un sustrato transparente que comprende las siguientes capas depositadas en la parte trasera en el orden siguiente desde la parte trasera del sustrato: una capa ópticamente modificadora con un grosor de 2 a 80 nm, la capa está formada por al menos un elemento o por un óxido de un grupo que incluye Ge, Si y los óxidos de Ti, Zr, Nb y Al, los cuales son dopados con elementos adicionales, después una capa de reflexión formada por al menos un metal o por una aleación de un grupo que incluye Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, bronces de aluminio que comprenden además de Al y Cu más elementos adicionales, especialmente Fe, Ni, por ejemplo, CuAllOFel, CuA110Ni5Fe4 y aleaciones de Au, Ag y Cu que tienen un grosor que asegura una transmisión y reflexión de cero de la parte posible máxima de luz visible en dependencia de la reflectividad espectral del material a partir de la cual la capa de reflexión va de regreso al interior del sustrato transparente, así una capa interpuesta que tiene un espesor de 10 a 100 nm, esta capa que protege la capa de reflexión y asegura una adhesión alta del barniz, esta capa que se forma por al menos un metal del un grupo que incluye Ti, Cr y Cu, y después una capa de un barniz protector.

Ventajosamente el sustrato decorativo comprende entre la capa ópticamente modificadora y la capa de reflexión una capa adhesiva con un espesor de 2 a 15 nm, la capa adhesiva que se forma por al menos un óxido de un metal de un grupo de metales que incluye Al, Ti, Zr y Sn y que aumenta la adhesión mutua de la capa de reflexión y de la capa ópticamente modificadora.

La capa ópticamente modificadora tiene ventajosamente un espesor de 15 a 40 nm.

La capa de reflexión tiene ventajosamente un espesor de 60 a 200 nm, más venta osamente de 90 a 140 nm.

La capa interpuesta tiene ventajosamente un espesor de 20 a 60 nm.

La capa adhesiva tiene ventajosamente un espesor de 3 a 10 nm.

El objeto de la invención es también un método para alcanzar un efecto de color para un sustrato decorativo transparente, especialmente para una piedra artificial de joyería, el tema objetivo de la invención que consiste en el hecho de que, ventajosamente por el método de aspersión al vacío, la parte trasera del sustrato transparente debe ser recubierto con las siguientes capas depositadas en el orden siguiente desde la parte trasera del sustrato: una capa ópticamente modificadora con un grosor de 2 a 80 nm, la capa está formada por al menos un elemento o por un óxido de un grupo que incluye Ge, Si y los óxidos de Ti, Zr, Nb y Al, los cuales son dopados con elementos adicionales, después una capa de reflexión formada por al menos un metal o por una aleación de un grupo que incluye Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, bronces de aluminio que comprenden además de Al y Cu más elementos adicionales (Fe, Ni), por ejemplo, CuAllOFel, CuA110Ni5Fe4 y aleaciones de Au, Ag y Cu que tienen un grosor que asegura una transmisión y reflexión de cero de la parte posible máxima de luz visible encendida en dependencia de la reflectividad espectral del material a partir del cual la capa de reflexión va de regreso al interior del sustrato transparente, asi una capa interpuesta que tiene un espesor de 10 a 100 nm, esta capa que protege la capa de reflexión y asegura una adhesión alta del barniz, esta capa que se forma por al menos un metal de un grupo que incluye Ti, Cr y Cu, y después una capa de un barniz protector.

Venta osamente una capa adhesiva con un grosor de 2 a 15 nm debe ser depositada por aspersión al vacio, entre la capa ópticamente modificadora y la capa de reflexión, la capa adhesiva que está formada por al menos un óxido de un metal de un grupo de metales que incluye Al, Ti, Zr y Sn.

El sustrato decorativo con capas depositadas debe ser ventajosamente tratado térmicamente a una temperatura mayor a 150° C pero más baja que la temperatura a la cual puede ocurrir un daño a cualquiera de las capas o una interacción imprevista entre las capas, el tratamiento térmico que dura de 0.5 a 8 horas, más ventajosamente a una temperatura desde 160 a 280° C con duración de 0.5 a 2 horas.

La capa ópticamente modificadora debe ser ventajosamente depositada con un espesor de 15 a 40 nm.

La capa de reflexión debe ser ventajosamente depositada con un espesor de 60 a 200 nm, más venta osamente con el grosor de 90 a 140 nm.

La capa interpuesta debe ser ventajosamente depositada con un espesor de 20 a 60 nm.

La capa adhesiva debe ser ventajosamente depositada con un espesor de 3 a 10 nm.

El método para lograr un efecto en color para un sustrato transparente decorativo de acuerdo a la invención representa un sistema muy efectivo para colorear sustratos transparentes que mantiene todas las ventajas logradas con sustratos transparentes coloreados, dentro del alcance del estado del arte existente, al depositar capas altamente absorbentes sobre la parte trasera del sustrato, las ventajas que consisten especialmente en el hecho de que la composición de capas de absorción dada produce la misma coloración del sustrato, independiente del ángulo de observación y a pesar del tamaño del sustrato y también el hecho de que la agudeza de los bordes y la suavidad de la superficie logradas al triturar y pulir con máquina el lado frontal del sustrato decorativo se mantiene, además, esto produce una alta saturación de color y la brillantez del sustrato decorativo. Esto es logrado por el hecho que capas sucesivas comprendidas en el lado de atrás del sustrato decorativo según la invención, entran en una interacción juntos con la luz blanca. De acuerdo al carácter de estas capas, absorción, reflexión e interferencia ocurren en estas capas, alcanzando el efecto resultante por una combinación de estos fenómenos. Más aun, cuando se usa un sustrato transparente pero colorido, combinaciones adicionales de colores se pueden alcanzar mientras que las ventajas ofrecidas por la invención se mantienen. Dichas combinaciones de colores son causadas por una combinación de los fenómenos mencionados con la absorción de una parte del espectro por el sustrato de color t ansparente. Es posible lograr una coloración especifica por selección de componentes de absorción respectivos asi como por su cantidad utilizada en la capa ópticamente modificada, y por selección del material de la capa de reflexión.

La capa interpuesta actúa como una protección para la capa de reflexión y como medio para lograr buena adhesión del barniz de protección a la capa de reflexión. La tarea del tratamiento térmico sucesivo del sustrato decorativo, si se requiere, es lograr un mejor color de estabilidad, una mejor cohesión y adhesión de capas individuales. Este tratamiento térmico se ejecuta a temperaturas mencionadas anteriormente y por un tiempo como se definió anteriormente. Para elevar la temperatura a la temperatura del tratamiento térmico mencionado y para disminuir la temperatura después de que el tratamiento térmico se pueda ejecutar cuando se usa un régimen de temperatura el cual se da por el carácter del sustrato transparente y de las capas utilizadas, asi como por la experiencia del personal que proporciona el tratamiento térmico .

La invención será más clara en la siguiente parte de la especificación con la ayuda de ejemplos concretos sobre su ejecución mientras que estos ejemplos no limitan en ninguna manera el alcance de la invención el cual está definido sin ambigüedad por las reivindicaciones.

Ejemplos para ejecutar la invención Ejemplo 1 El lado trasero de una piedra de vidrio molida y pulida hecha a partir de una comparación incolora ha sido sucesivamente cubierto por una capa ópticamente modificadora, por una capa de reflexión y por una capa interpuesta. La capa ópticamente modificadora se forma por óxido de titanio con el espesor de 40nm. Esta capa puede crearse por pulverización catódica reactiva a partir de un objetivo de titanio en una atmósfera de argón y oxigeno, la presión siendo de 0.5 Pa . La capa de reflexión se forma por plata con el espesor de 80 nm y asegura una reflexión de la cantidad máxima posible de la luz gue colisiona. Esta capa puede crearse por petardeo a partir de un objetivo de plata en una atmósfera inerte de argón que tiene una presión de 0.5 Pa . La capa interpuesta se forma por titanio con un espesor de 80 nm. Esta capa puede crearse por petardeo a partir de un objetivo de titanio en una atmósfera inerte de argón con una presión de 0.5 Pa . Se utilizó un equipo de deposición de laboratorio para trabajar en el principio de pulverización catódica para formar dichas capas. La deposición de todas las capas mencionadas se ejecutó en un ciclo de vacio. Se roció una capa de barniz protectora formada por uretano alquidico con un pigmento de placa después de dichas operaciones en la cabina de pintura sobre la capa interpuesta, el pigmento de placa en una cantidad ofrecida después de secar una capa de barniz protectora con el espesor de 15 µp?. Después se guemó la piedra de vidrio durante 1 hora a una temperatura de 180°C. El sistema multicapa obtenido de tal modo produce una piedra de vidrio con un tono azul.

Ejemplo 2 El lado trasero de una piedra de vidrio molida y pulida hecha a partir de una comparación incolora ha sido sucesivamente cubierto por una capa ópticamente modificadora, por una capa de adhesión, por una capa de reflexión y por una capa interpuesta. La capa ópticamente modificadora se forma por óxido de titanio con el espesor de 50nm. Esta capa puede crearse por pulverización catódica reactiva a partir de un blanco de titanio en una atmósfera de argón y oxigeno, la presión siendo de 0.5 Pa . La capa de adhesión se forma por un óxido de aluminio que tiene un espesor de 3 nm. La capa de reflexión se forma por bronce de aluminio CuAlioFei con el espesor de 100 nm. Esta capa puede crearse por petardeo a partir de un blanco de aleación en una atmósfera inerte de argón que tiene una presión de 0.5 Pa . La capa interpuesta se forma por titanio con un espesor de 40 nm. Esta capa puede crearse por petardeo a partir de un blanco de titanio en una atmósfera inerte de argón con una presión de 0.5 Pa . Se utilizó un equipo de deposición de laboratorio para trabajar en el principio de pulverización catódica para formar dichas capas. La deposición de todas las capas mencionadas se ejecutó en un ciclo de vacio. Se roció una capa de barniz protectora formada por uretano alquidico con un pigmento de placa sobre la capa interpuesta después de dichas operaciones en la cabina de pintura, el pigmento de placa en una cantidad ofrecida después de secar una capa de barniz protectora con el espesor de 15 µp\. Después se quemó la piedra de vidrio durante 1 hora a una temperatura de 180°C. El sistema multicapa obtenido de tal modo produce una piedra de vidrio con un tono marrón.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un sustrato decorativo, especialmente una piedra artificial de joyería que tiene un efecto de color, caracterizado en que se forma por un sustrato transparente el cual comprende capas en su lado trasero donde las capas se depositan y localizan en el siguiente orden desde el lado trasero del sustrato: una capa ópticamente modificadora con un espesor de 2 a 80 nm, la capa está formada por al menos un elemento o por un óxido a partir de un grupo que incluye Ge, Si y óxidos de Ti, Zr, Nb y Al, que están alternativamente dopados por elementos adicionales, luego una capa de reflexión formada por al menos un metal o por una aleación a partir de un grupo que incluye Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, bronces de aluminio y aleaciones de Au, Ag y Cu que tienen un espesor que asegura una reflexión máxima posible de la luz visible que colisiona en dependencia de la reflectividad espectral del material a partir del que está hecha la capa de reflexión de nuevo en el sustrato transparente, luego una capa interpuesta que tiene un espesor de 10 a 100 nm, esta capa está formada por al menos un metal a partir de un grupo que incluye Ti, Cr y Cu, y luego una capa de un barniz protector. El sustrato decorativo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que comprende entre la capa ópticamente modificadora y la capa de reflexión una capa adhesiva con un espesor de 2 a 15 nm, formada al menos por un óxido de metal a partir de un grupo de metales que incluyen Al, Ti, Zr y Sn. El sustrato decorativo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la capa ópticamente modificadora tiene un espesor de 15 a 40 nm. El sustrato decorativo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la capa de reflexión tiene un espesor de 60 a 200 nm. El sustrato decorativo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado en que la capa de reflexión tiene un espesor de 90 a 140 nm. El sustrato decorativo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado en que la capa interpuesta tiene un espesor de 20 a 60 nm. El sustrato decorativo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado en que la capa adhesiva tiene un espesor de 3 a 10 nm. Un método para lograr un efecto de color para un sustrato transparente decorativo, especialmente para una piedra artificial de joyería, destinada a obtener el sustrato decorativo de conformidad con algunas de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado en que el lado trasero del sustrato transparente está recubierto por petardeo al vacío con las siguientes capas depositadas en el siguiente orden desde el lado trasero del sustrato transparente: una capa ópticamente modificadora con un espesor de 2 a 80 nm, la capa está formada por al menos un elemento o por un óxido a partir del grupo que incluye Ge, Si y óxidos de Ti, Zr, Nb y Al, que están alternativamente dopados por elementos adicionales, luego una capa de reflexión formada por al menos un metal o por una aleación a partir de un grupo que incluye Au, Ag, Cu, Al, Cr, Ti, bronces de aluminio y aleaciones de Au, Ag y Cu que tienen un espesor que asegura una reflexión máxima posible de la luz visible que colisiona en dependencia de la reflectividad espectral del material a partir del que está hecha la capa de reflexión de nuevo en el sustrato transparente, luego una capa interpuesta que tiene un espesor de 10 a 100 nm, esta capa está formada por al menos un metal a partir de un grupo que incluye Ti, Cr y Cu, y luego una capa lateral que está recubierta por una capa de un barniz protector. 9. Un método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado en que entre la capa ópticamente modificadora y la capa de reflexión se deposita por petardeo al vacio una capa adhesiva con un espesor de 2 a 15 nm, formada al menos por un óxido de metal a partir de un grupo de metales que incluyen Al, Ti, Zr y Sn. 10. El método de conformidad con la reivindicación 8 o 9, caracterizado en que el sustrato decorativo con capas depositadas se somete a un tratamiento térmico que dura de 0.5 a 8 horas a una temperatura mayor de 150 °C pero menor a la temperatura que puede causar un daño a cualquiera de las capas o una interacción indeseable entre las capas. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado en que el sustrato decorativo con capas depositadas se somete a un tratamiento térmico que dura de 0.5 a 2 horas a una temperatura de 160 °C a 280 °C. 12. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado en que la capa ópticamente modificadora se deposita con un espesor de 15 a 40 nm. 13. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado en que la capa de reflexión se deposita con un espesor de 60 a 200 nm, especialmente con un espesor de 90 a 140 nm. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado en que la capa interpuesta se deposita con un espesor de 20 a 60 nm. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado en que la capa adhesiva se deposita con un espesor de 3 a 10 nm.