способ окрашивания вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов

Формула изобретения

1. Способ окрашивания вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов, включающий размещение ювелирной вставки в контейнере для отжига и термообработку, отличающийся тем, что вставку из бесцветного оксидного кристалла размещают в контейнередля отжига из материала со значительным количеством кислородных вакансий, после чего проводят совместную термообработку вставки и контейнера в атмосфере инертного газа.

2. Способ окрашивания вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов, включающий размещение ювелирной вставки в контейнере для отжига и термообработку, отличающийся тем, что вставку из бесцветного оксидного кристалла, например галлиевого граната, размещают в контейнере для отжига из материала со значительным количеством кислородных вакансий, например корунда, таким образом, чтобы с внутренней поверхностью контейнера контактировали только элементы вставки, в дальнейшем подлежащие более интенсивному окрашиванию, после чего проводят совместную термообработку вставки и контейнера в атмосфере инертного газа, например азота.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что термообработку проводят в интервале температур 1400 1600^oC в течение 2 3 ч, а доводку интенсивности цвета отдельных элементов вставки выполняют после термообработки механической обработкой, например, шлифовкой и полировкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии тонкой обработки природных и синтетических ювелирных камней, а именно к технологии окрашивания бесцветных вставок из ювелирных камней на основе оксидных кристаллов.

Известен способ окраски лейкосапфира путем его термообработки в порошковообразном окрашивающем оксиде металла (оксиде никеля, оксиде кобальта, оксиде стронция) при температуре 1125-1400^oC в течение 2-10 часов.

Недостатком этого способа является невозможность окрашивания монокристаллов других составов, широко применяемых в ювелирной промышленности.

Цель изобретения получение готовых изделий из отходов производства ранее не используемых в промышленности.

Поставленная цель достигается тем, что полированные вставки для ювелирных изделий из прозрачных кристаллов сложных оксидов помещают в контейнер для отжига, изготовленный из корунда, и отжигают в атмосфере инертного газа при 1400-1600^oC в течение 2-6 часов. Эффект игры цвета и желаемая интенсивность окраски достигаются выбором внутренней формы контейнера для отжига, особенностями размещения окрашиваемого кристалла и механической регулировкой толщины окрашенного слоя.

Суть изобретения состоит в следующем. Обладая значительным количеством кислородных вакансий, Al₂O₃ (корунд), находясь в непосредственной близости от кристалла, в котором кислородных вакансий практически нет, создает условия для возникновения термически стимулированной диффузии ионов кислорода до выравнивания концентрации кислородных вакансий в контактирующих средах.

Кислородная вакансия может находиться в трех зарядовых состояниях: V⁰, V⁺ и V₂₊. За окрашивание кристалла, по всей видимости, ответственны кислородные вакансии V⁺ (F⁺-центры).

Проведенные термообработки в атмосфере инертного газа необходимо для того, чтобы не протекали другие реакции, кроме образования кислородных вакансий.

Предлагаемым способом из соображений экономии желательно производить окраску уже готовых камней (полированных вставок ювелирных украшений). Выбирая внутреннюю форму контейнера для отжига (форму поверхности корунда, непосредственно контактирующего с поверхностью окрашиваемой вставки), можно добиться окраски одних граней (отдельных площадок граней) в более интенсивный цвет, других в менее интенсивный, т.е. получить так называемый эффект игры цвета. Управлять эффектом игры цвета можно и размещением вставки в корундовом контейнере для отжига: грани, ребра, размещенные вплотную к поверхности корунда, будут окрашены интенсивнее.

При необходимости окончательную доводку интенсивности окраски отдельных граней до желаемой осуществляют путем механического изменения толщины окрашенного слоя (шлифовкой и полировкой).

Нижний предел температурного режима термообработки выбран из тех соображений, что при температуре ниже 1400^oC процесс окраски происходит очень медленно. Верхний температурный предел выбирается, исходя из наиболее экономичного режима работы оборудования, т.к. при температуре выше 1600^oC скорость окрашивания возрастает медленно. Временной интервал проведения процесса термообработки подбирался экспериментально как наиболее приемлемый, исходя из оптимальной производительности и качества окрашивания.

Таким образом, отличительными признаками данного способа являются:

термообработку проводят в контейнере из корунда в атмосфере инертного газа;

температура термообработки 1400-1600^oC;

время термообработки 2-6 часов;

различная интенсивность окраски и эффект игры цвета достигается выбором формы контейнера для отжига, особенностями размещения окрашиваемого камня и механической регулировкой толщины окрашенного слоя.

Применение способа с описанными признаками для достижения поставленной цели неизвестно.

Способ реализуется следующим образом. Ограненная, отполированная вставка укладывается в специально изготовленный корундовый контейнер для отжига (трубку, пустотелые куб, пирамиду и т.д.).

Вставку в контейнере размещают таким образом, чтобы грани (отдельные участки граней), требующие более интенсивной окраски, вплотную прилегали к внутренним выступам контейнера при получении эффекта игры цвета, или чтобы внутренний профиль контейнера повторял форму вставки при получении равномерной окраски. Полученную таким образом систему помещают в печь, которую заполняют инертным газом, нагревают до температуры 1400-1600^oC и отжигают в течение 2-6 часов. По окончании отжига при необходимости доводку окраски каждой грани вставки осуществляют путем уменьшения толщины окрашенного слоя шлифовкой и полировкой.

Таким образом, изобретение позволяет окрашивать бесцветные кристаллы, получая как равномерную окраску, так и эффект игры цвета. Особенное значение и практическая ценность изобретения состоит в том, что оно позволит не выращивать кристаллы, специально окрашенные введением примеси (см. Д.Г. Андрианов, Л.А. Доломанов и др. "Оптические свойства галлий-агдолиниевых гранатов с Ca и Mg". Сб. научных трудов "Гиредмет". 1985. т. 129. с. 136-139), а использовать отходы производства, например, твердотельных лазеров и феррит-гранатовых пленок.

Следует отметить, что данное изобретение можно использовать также для окраски не только бесцветных, но и окрашенных камней. В этом случае полученная окраска будет результатом наложения исходной окраски и окраски, возникшей после термообработки.

Предложенное изобретение несомненно найдет широкое применение в производстве ювелирных изделий, штучных драгоценных камней различной окраски.

Пример 1.

Цилиндрическая полированная заготовка из Gd₃Ga₅O₁₂ длиной 20 мм, диаметром 8 мм помещалась в контейнер для отжига, представляющий собой трубку из корунда, запаянную с одной стороны (фиг. 1а). Внутренний диаметр трубки составлял 10 мм, толщина стенок 2 мм. Чтобы расстояние от поверхности заготовки до внутренних стенок трубки было везде одинаковым, кристалл был закреплен в контейнере для отжига с помощью платиновых стерженьков толщиной 0,8 мм и длинной 3 мм, размещенных по обоим концам заготовки по окружности, через 120^o (фиг. 1а и 1б).

Отжиг проводили в атмосфере азота при температуре 1600^oC в течение 4 часов.

Поверхность кристалла (вся боковая поверхность и торец, соприкасающийся со стенкой; левый торец на фиг. 1) приобрели яркую желто-коричневую окраску. Толщина слоя, окрашенного интенсивно и равномерно, была 1,5 мм. Сердцевина заготовки была окрашена незначительно. Спектр пропускания образца толщиной 1,0 мм, вырезанного от левого (интенсивно окрашенного) края приведен на фиг. 2. Спектр сердцевины образца (незначительно окрашенной части кристалла) приведен на фиг. 3. Наблюдаются те же пики дополнительного поглощения, что и на фиг. 2, только интенсивность их меньше.

Пример 2.

Полированная вставка, изготовленная из кубической (ребро куба 10 мм) заготовки кристалла (GdCa)₃(GaMgZr)₅O₁₂ помещалась в корундовый контейнер для отжига со сложной симметричной внутренней формой (фиг. 4).

После 6 часового отжига при 1450^oC в атмосфере азота центральная площадка (кружок диаметром 2 мм) каждой из 6 основных граней ювелирной вставки была интенсивно окрашена в желто-коричневый цвет, интенсивность окраски уменьшалась от этих площадок к периферии граней. Таким образом, был получен эффект "игры цвета".

Пример 3.

Исследовались временная и температурная стабильность окраски, наведенной указанным способом.

После двух лет нахождения при комнатной температуре спектро-фотометрические измерения не обнаружили изменения интенсивности окраски.

Не привел к изменению интенсивности окраски и трехчасовой отжиг при температуре 700^oC. Данный пример указывает на хорошую стабильность центров, индуцированных предложенным способом.