Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2215454
СПОСОБ ОКРАШИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКХ ЮВЕЛИРНЫХ КАМНЕЙ

Имя заявителя: Институт экспериментальной минерологии РАН 
Имя изобретателя: Балицкий В.С.; Балицкая Л.В.; Волков В.Т. 
Имя патентообладателя: Институт экспериментальной минерологии РАН
Адрес для переписки: 142432, Московская обл., Ногинский р-н, г. Черноголовка, ИЭМ РАН
Дата начала действия патента: 2002.06.18 

Предназначено для использования в ювелирной промышленности при окрашивании бесцветных топаза, сапфира и кварца в цвета от желтого до яркого желто-оранжевого. Способ включает нанесение на окрашиваемую поверхность слоя железа и последующую термообработку в атмосфере кислорода. Термообработку проводят в три стадии: нагрев, выдержка и охлаждение, причем нагрев и охлаждение ведут со скоростью 0,1-5^oС/мин, а выдержку осуществляют при температуре 600-1000^oС. Обеспечивается получение устойчивой воспроизводимой окраски в широком спектре цветов от желтого до яркого желто-оранжевого, не требуется дополнительная полировка для дальнейшего использования.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способам обработки природных и синтетических ювелирных камней, в частности к способам окрашивания бесцветных топаза, сапфира и кварца в цвета от желтого до яркого желто-оранжевого, и может найти применение в ювелирной промышленности, особенно для получения ювелирных камней с наиболее популярной окраской, характерной для топаза под названием "Империал", а кварца -"Цитрин", а и окрашивания розовых сапфиров в красновато-оранжевый цвет, характерный для более ценной разновидности сапфира под названием "падпараджа".

Известен способ окрашивания топаза в различные цвета (от голубого до темно-синего, красновато-коричневый, дымчатый) под воздействием ионизирующего облучения нейтронами, электронами высоких энергий и гамма-лучами, иногда в комбинации с последующей термообработкой при температуре 300-400^oС (см. книгу: Kurt. Nasau "Gemstone Enhansement: History, Science and State of the Art", (1994), Butterworth - Heinemann LTD, Oxford, 2nd ed., pp. 32-54, pp. 187-194).

Однако он не позволяет окрасить топаз в наиболее ценный для этого ювелирного камня желтый и оранжевый цвет.

Известен способ окрашивания кристаллов корунда, в том числе в оранжевый цвет, согласно которому на поверхность камня путем напыления наносят железо в металлическом виде с последующей термической обработкой в атмосфере кислорода при температуре 1000-1300^oС в течение 0,5-2,0 ч. (Патент RU 2036984, кл. С 30 В 31/02, А 44 С 17/00, опубл. 09.06.95г.).

Однако широкое применение этого способа для окрашивания других ювелирных камней ограничено высокими температурами термической обработки, вызывающими, например, в случае окрашивания топаза, необратимое разложение последнего с выделением фтора и воды и образованием новой тонкокристаллической фазы - муллита. Кроме того, многие камни, например кварц, при обработке при такой высокой температуре подвергаются интенсивной трещиноватости вследствие полиморфных переходов и теряют ювелирные качества.

Предлагаемое изобретение решает задачуразработки технологии окрашивания большого класса природных и синтетических ювелирных камней, техническим результатом которого является получение устойчивой воспроизводимой окраски в широком спектре цветов от желтого до яркого желто-оранжевого для окрашивания бесцветных ювелирных камней, а и разнообразного спектра цветов при обработки цветных ювелирных камней.

Технический результат достигается тем, что в способе окрашивания природных и синтетических ювелирных камней, включающем нанесение на окрашиваемую поверхность слоя железа с последующей термообработкой их в атмосфере кислорода, согласно изобретению термообработку проводят в три стадии: нагрев, выдержка и охлаждение, причем нагрев и охлаждение ведут со скоростью не выше 5^oС/мин, а выдержку осуществляют при температуре 600-1000^oС.

Выбранный режим термообработки определяется тем, что при температуре ниже 600^oС химическая реакция с воспроизводимым устойчивым окрашиванием ювелирных камней в желтый цвет не происходит, а выше 960^oС, в случае топаза, на поверхности окрашенного камня появляются непрозрачные вкрапления - результат его термического разложения, а в случае кварца, последний подвергается интенсивной трещиноватости. Ограничение скорости нагрева и охлаждения 5^oС/мин обеспечивает сохранность целостности любых камней, особенно тех, которые обладают весьма совершенной спайностью и низкой теплопроводностью.

Для получения гладкой окрашенной поверхности, не требующей последующей полировки, осаждение пленок железа проводят методом ВЧ-диодного распыления в плазме аргона.

Наиболее качественную окраску получают при осаждение пленок железа толщиной от 0,50 до 300 нм.

Наиболее стойкую и воспроизводимую окраску получают при осуществлении выдержки при термообработке в течение 1-5 ч.

Выдержку при термообработке топаза оптимально проводить при температуре 600-960^oС.

Выдержку при термообработке сапфира оптимально проводить при температуре 600-1000^oС.

Выдержку при термообработке кварца оптимально проводить при температуре 600-800^oС.

Интенсивность окраски ювелирных камней можно варьировать путем изменения как толщины напыляемого металла, так и режимов термообработки в заявляемых пределах.

Пример 1
В качестве образа берут полированную вставку ювелирного изделия, выполненного из топаза. Осаждение пленки железа проводят методом ВЧ-диодного распыления в плазме аргона в интервале температур от 20 до 300^oС. Давление Аr составляло ~1 Па (10^-2Topp). Толщина пленки, контролируемая с помощью толщиномера, составляет 0,5 нм. После напыления вставку помещают в электропечь и нагревают со скоростью 0,1^oС/мин до 600^oС в атмосфере кислорода, затем выдерживают при этой температуре 5 ч и охлаждают со скоростью 5^oС/мин до комнатной температуры.

Полученный образец имеет равномерную бледно-желтую окраску и не требует дополнительной полировки.

Пример 2
То же, что в примере 1. Только наносят слой железа толщиной 300 нм, вставку топаза нагревают со скоростью 5^oС/мин до 960^oС, выдерживают при этой температуре в течение 3 ч и затем охлаждают со скоростью 0,1^oС/мин. Полученный образец имеет равномерную яркую оранжевую окраску и не требует дополнительной полировки.

Пример 3
То же, что в примере 1, но толщина слоя железа составляет 0,4 нм, нагрев ведут со скоростью 0,1^oС/мин, стадию выдержки при термообработке проводят при температуре 970^oС, а охлаждение осуществляют со скоростью 6^oС/мин. В результате получают вставку топаза с многочисленными трещинами с едва заметной желтой окраской.

Пример 4
То же, что в примере 3, но толщина слоя железа составляет 300 нм, скорость нагрева 6^oС/мин, температура выдержки 500^oС, скорость охлаждения 0,05^oС/мин. В результате получают неокрашенный сильно трещиноватый образец, непригодный для использования в качестве ювелирной вставки.

Пример 5
То же, что и в примере 2, но толщина напыленного слоя железа составляет 320 нм. В результате получают образец ярко-оранжевого цвета с отчетливой опалесценсией, делающей его малопригодным для использования в ювелирных изделиях.

Пример 6
Ювелирная вставка из розового сапфира покрывается слоем железа путем ВЧ-диодного распыления в плазме аргона при комнатной температуре. Толщина пленки, контролируемая с помощью толщиномера, составляет 50 нм. После напыления вставку помещают в электропечь и нагревают со скоростью 5^oС/мин до 900^oС в атмосфере кислорода, затем выдерживают при этой температуре 2 ч и охлаждают со скоростью 3^oС/мин до комнатной температуры. Полученный образец имеет равномерную красновато-оранжевую окраску, подобную одной из наиболее ценных разновидностей сапфира-падпараджа.

Пример 7
То же, что в примере 6, только образец нагревают со скоростью 5^oС/мин до 1000^oС. Полученный образец имеет равномерную красновато-оранжевую окраску и не требует дополнительной полировки.

Пример 8
То же, что в примере 7, но нагрев образца проводят со скоростью 0,1^oС/мин, выдерживают его при 600^oС/мин в течение 3 ч и охлаждают со скоростью 5^oС/мин. Полученный образец имеет красновато-оранжевую окраску.

Пример 9
Ювелирная вставка из бесцветного кварца покрывается путем ВЧ-диодного распыления в плазме аргона при комнатной температуре. Толщина пленки, контролируемая с помощью толщиномера, составляет 50 нм. После напыления вставку помещают в электропечь и нагревают со скоростью 1^oС/мин до 600^oС/мин в атмосфере кислорода, затем выдерживают при этой температуре 5 ч и охлаждают со скоростью 0,1^oС/мин до комнатной температуры. Полученный образец имеет равномерную желтую окраску, подобную окрашенной разновидности природного железосодержащего кварца - цитрина. Образец не требует дополнительной полировки.

Пример 10
То же что в примере 9, только образец нагревают со скоростью 1,5^oС/мин до 800^oС в течение 3 ч и охлаждают со скоростью 0,1^oС/мин. Полученный образец имеет равномерную ярко-желтую окраску и не требует дополнительной полировки.

Пример 11
Часовое бесцветное стекло покрывается путем ВЧ-диодного распыления в плазме аргона при комнатной температуре. Толщина пленки, контролируемая с помощью толщиномера, составляет 40 нм. После напыления стекло помещают в электропечь и нагревают со скоростью 2^oС/мин до 600^oС в атмосфере кислорода, затем выдерживают при этой температуре 2 ч и охлаждают со скоростью 0,3^oС/мин до комнатной температуры. Полученный образец имеет равномерную ярко-желтую окраску и не требует повторной полировки.

Таким образом, обработанные предлагаемым способом природные и синтетические ювелирные камни имеют равномерное цветовое покрытие с заданной воспроизводимой интенсивностью цвета и не требуют дополнительной полировки для дальнейшего использования.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ окрашивания природных и синтетических ювелирных камней, включающий нанесение на окрашиваемую поверхность слоя железа и последующую термообработку в атмосфере кислорода, отличающийся тем, что термообработку проводят в три стадии: нагрев, выдержка и охлаждение, причем нагрев и охлаждение ведут со скоростью 0,1-5^oС/мин, а выдержку осуществляют при температуре 600-1000^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение пленок железа проводят методом ВЧ-диодного распыления в плазме аргона.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что осаждение пленок железа проводят до толщины от 0,50 - 300 нм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку при термообработке осуществляют в течение 1-5 ч.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку при термообработке топаза проводят при температуре 600-960^oС.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку при термообработке сапфира проводят при температуре 600-1000^oС.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку при термообработке кварца проводят при температуре 600-800^oС.

Версия для печати
Дата публикации 03.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов