Schmuckstück

Abstract

 Scheibenförmige metallische Schmuckstücke sollen preiswert, einfach zu bearbeiten und oberflächenhart sein, und sollen insbesondere brilliante lichtopti­sche Effekte aufweisen.
Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die Ver­wendung eines Einkristalls (1), auf den eine Schicht (2) aus chemisch andersartigem Material in extrem geringer Schichtdicke (a) zwischen 0,01 my und 2 my aufgebracht ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein scheibenförmiges metalli­sches Schmuckstück (Bestandteil eines Schmuckstücks), auch Marke, Medaille, Zifferblatt, mit ein- oder beid­seitiger Bearbeitung.

[0002] Derartige metallische scheibenförmige Schmuckstücke gehören zum festen Bestand der Schmuckindustrie. Sie werden sowohl als alleiniges Schmuckstück, beispiels­weise als Ohrschmuck getragen, oder bilden Bestand­ teil einer Schmuckcreation, beispielsweise bei Col­liers oder Armketten. Die Oberfläche dieser metalli­schen scheibenförmigen Schmuckstücke wird hierbei auf vielerlei Art und Weise bearbeitet, wobei die Plätt­chen entweder plan, spiegelnd poliert oder auch an ihrer Oberfläche strukturiert sein können. Der Werk­stoff für diese Plättchen reicht von Aluminium bis zu Edelmetallen. Die Edelmetalle, insbesondere Silber und Gold, werden im allgemeinen in ihrer Metallfarbe belassen. Für Aluminium hat sich das Eloxieren in den verschiedensten Farbtönen durchgesetzt. Gleiches gilt für die galvanische Bearbeitung von Titan. Bei spie­gelnd bearbeiteten Oberflächen mit einer Rauhtiefe unter 1 my werden bevorzugt Metalle mit harten Ober­flächen eingesetzt, im allgemeinen also oberflächen­vergütete Metalle, um den Spiegelglanz möglichst lange zu erhalten. Derartige Hartstoffe, wie Carbide, Nitride, Boride und Silicide sind jedoch verhältnis­mäßig schwierig zu bearbeiten. Schmuckstücke aus die­sen Materialien sind daher verhältnismäßig teuer und konnten sich gegenüber den zuvor erwähnten Metallen, insbesondere den preislich etwa gleichwertigen Edel­metallen, bisher als Schmuckstücke nicht durchsetzen. Spiegelnd bearbeitete Metalloberflächen mit einer Rauhtiefe unterhalb der oben angeführten Grenze von 1 my haben jedoch gerade für den Schmuckbereich sehr interessante optische Eigenschaften. Diese Eigenschaf­ten, die sie zu begehrten Schmuckstücken machen, könn­ten dann auch noch durch eine weitere zusätzliche Oberflächenbearbeitung, beispielsweise Strukturieren oder Beschichten, um weitere optische Effekte zu er­zielen, um einen weiteren interessanten beziehungswei­se schmückenden Effekt bereichert werden.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Material an­zugeben, das

1. preiswert ist,

2. mit dem Metallfachmann gängigen Mitteln einfach zu bearbeiten ist,

3. oberflächenhart ist und

4. so bearbeitet werden kann, daß sich interessante lichtoptische Effekte erreichen lassen.

[0004] Nach der Erfindung ist dies gegeben durch einen schei­benförmigen, ebenen oder strukturierten Einkristall, der ein- oder beidseitig mit einer oder mehreren wie­derum gleichförmigen oder strukturierten chemisch andersartigen Schicht jeweils mit einer Schichtdicke von 0,01 my bis 2 my versehen ist.

[0005] Die Verwendung von Einkristallen scheint dem ersten Punkt der obigen Aufzählung - Preiswürdigkeit - zu widersprechen. Einkristalle haben jedoch nicht nur be­sondere Eigenschaften, die die weitere Behandlung die­ser scheibenförmigen metallischen Schmuckstücke er­leichtern und damit verbilligen, sondern sie werden zwischenzeitlich auch in sehr großen Mengen benötigt und daher großtechnisch und preiswert hergestellt. Im Gegensatz zu Viel- oder Polykristallen ist ein Ein­ kristall ein kristalliner Körper, dessen Grundzellen nahezu parallel liegen und der keine Korngrenzen auf­weist. Diese Eigenschaft kann man bei der Herstellung derartiger Schmuckstücke ausnutzen, indem die Ebene der scheibenförmigen Schmuckstücke in die Kristallebe­ne gelegt wird. Daher wird auffallendes Licht stets in gewünschter Weise in gleicher Neigung reflektiert, während beim Vielkristall jedes Einzelkriställchen (Korn) das Licht in einer anderen Richtung reflek­tiert. Gewünschte spiegelnde Oberflächen lassen sich daher mit einem derartigen Einkristall viel einfacher und mit deutlich geringerer Rauhtiefe erreichen, als bei Vielkristallen beziehungsweise amorphen Metallen. Außerdem können bei derartigen Einkristallen durchaus Rauh-tiefen im Nanobereich erreicht werden, bis etwa herunter zu 5 nm. Selbst aber Rauhtiefen, die deut­lich über dieser Größe liegen, beispielsweise bei 200 nm, werden, des oben beschriebenen Effektes we­gen, noch als einwandfrei spiegelnd erkannt. Der et­was größere Herstellaufwand für Einkristalle wird da­her bei der weiteren Bearbeitung wieder kompensiert und erbringt außerdem die erwünschten lichtoptischen Effekte, die bei polykristallinem Material nicht zu erreichen sind.

[0006] Wie bereits angeführt, wird der Preis dieses Materi­als auch dadurch gedrückt, daß derartige Einkristalle vorzugsweise aus Silicium in sehr großen Mengen benö­tigt werden und daß zudem diese "Silicium-wafer" be­ reits in Scheibenform vorliegen.

[0007] Da die parallel zueinander liegenden Ebenen einer der­artigen Scheibe gleichzeitig auch die Kristallebenen bilden, können unschwer auch beide Seiten eines derar­tigen Silicium-wafers ohne Qualitätsverlust bearbei­tet werden.

[0008] Weiter ist es auch möglich, diese scheibenförmigen Einkristalle mit einem Fachmann auf diesem Gebiet gängigen Verfahren zu strukturieren. Auch diese Ver­fahren werden, da sie zur Herstellung von elektroni­schen Bauelementen benötigt werden, bereits großtech­nisch angewandt, sind also nicht nur bekannt und ge­läufig, sondern auch, insbesondere bei der Anwendung in größeren Stückzahlen, billig.

[0009] Bereits diese spiegelnden scheibenförmigen Einkristal­le weisen schon einen sehr hohen Schmuckwert auf. Die­ser Schmuckwert wird nach der Erfindung noch dadurch erhöht, daß die Einkristalle ein- oder beidseitig mit einer oder mehreren wiederum gleichförmigen oder strukturierten chemisch andersartigen Schicht jeweils mit einer Schichtdicke von 0,01 my bis 2 my versehen werden. Aus der Theorie ist bekannt, daß extrem dünne Schichten, unterhalb einer Schichtdicke von 2 my be­sondere Eigenschaften aufweisen. Dies dürfte mit einer starken Zunahme des Brechungsquotienten mit ab­nehmender Schichtdicke bei gleichzeitiger Abnahme des Absorptionskoeffizienten zusammenhängen. Durch Viel­fachreflektionen sowohl an der Oberfläche wie auch nach der durchscheinenden dünnen Schicht an der Kri­stallebene ergeben sich Interferenzen, die bemerkens­werte optische Reflekte hervorbringen. Jedenfalls zei­gen derart extrem dünne Schichten besondere optische Eigenschaften, die sie zur Verarbeitung zu Schmück­stücken geeignet erscheinen lassen. Untersuchungen zeigten, daß Dicken dieser Schichten von 0,050 bis etwa 2 my bei Tageslichteinfall mit einer gemittelten Wellenlänge von 0,545 my unterschiedliche Farben von tief metallisch dunkel-blau bis dunkelrot über sämt­liche Spektralfarben hinweg ergeben. Es ist daher durch Beeinflussung der Schichtdicke unschwer mög­lich, die jeweils gewünschte Farbe des scheibenförmi­gen metallischen Schmuckstücks zu bestimmen. Diese eindeutige Farbe wird selbstverständlich nur dann er­reicht, wenn der Untergrund eine entsprechend geringe Rauhtiefe aufweist, wie dies, oben bereits beschrie­ben, bei Einkristallen möglich ist. Die Rauhtiefe sollte also stets eine Zehnerpotenz geringer sein, als die Schichtdicke, die die für das menschliche Au­ge erkennbare Farbe des Metalls bewirken soll.

[0010] Die chemisch andere Schicht, die nach der Erfindung auf den polierten Einkristall aufzubringen ist, kann in erfindungsgemäßer Weise aus einem Metall oder aus einer Metallverbindung sein. Auf jeden Fall soll das Metall (die Metallverbindung) einen hohen komplexen Brechungsquotienten aufweisen, was im allgemeinen für die oben bereits erwähnten Hartstoffe - Carbide, Nitrite, Boride und Silicide - zutrifft. Zutreffend ist dies auch für Halbleiter, in diesem Falle also insbesondere Silicium. Bei den Metallverbindungen wer­den wiederum solche Verbindungen bevorzugt, die harte Oberflächen ergeben, also insbesondere Verbindungen mit Stickstoff, Sauerstoff, Bor und Kohlenstoff. Auch hier spielt jedoch die preiswerte Herstellung wieder eine Rolle, weshalb in erfindungsgemäßer Weise bevor­zugt Sauerstoff oder Stickstoff als Verbindungspart­ner gewählt wird. Eine sehr einfache und damit preis­werte Herstellung dieser chemisch andersartigen Schicht wird dadurch erreicht, daß direkt der Einkri­stall ein- oder beidseitig oxidiert beziehungsweise nitriert wird. Bei den bekannten Verfahren, beispiels­weise bei der Behandlung in Durchgangsofen, kann die Eindringtiefe des Sauerstoffs beziehungsweise des Stickstoffs sehr genau gesteuert werden, und damit selbstverständlich auch die für die Farbgebung maßgeb­liche Dicke dieser Schicht. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese chemisch andersartige Schicht nach dem Chemical-Vapour-Deposition-Verfahren (CVD; LPCVD; PECVD; NPCVD) aufzubringen. Durchaus können auch beide Verfahren kombiniert angewendet werden, in­dem also beispielsweise der Einkristall oxidiert, so dann vorzugsweise im Ätzverfahren strukturiert und an­schließend mit einer weiteren Schicht belegt wird, wo­bei diese weitere Schicht ebenfalls strukturiert sein oder nur bestimmte Flächen des scheibenförmigen Ein­kristalls bedecken kann. Möglich ist es auch, das Oxi­dierungs - und Nitrierungsverfahren nacheinander anzu­wenden, wobei beispielsweise nach dem Oxidieren die Oxidschicht teilweise entfernt und sodann die nunmehr freiliegenden Siliciumschichten nitriert werden. Durchaus ist es auch möglich, die bearbeiteten Schei­ben noch zusätzlich mit üblichen Schichten zu belegen beziehungsweise zu bedrucken, oder in Vertiefungen Edelmetall einzubringen. Es versteht sich von selbst, daß die Scheiben auf diese Art und Weise auch mit Er­hebungen versehen werden können.

[0011] Durch Kombination all dieser Verfahren ist es durch­aus möglich, besondere optische Effekte zu erreichen, die mit normalen Oberflächenbearbeitungen nicht zu er­zielen sind. So können Erhöhungen oder Vertiefungen vorgetäuscht werden, es können Hologramme auf derarti­gen Oberflächen angebracht werden und es ist auch mög­lich, all diese verschiedenen Oberflächen noch in den unterschiedlichsten Farben zu gestalten.

[0012] Zu erwähnen ist noch, daß auch der an Stelle drei der obigen Aufstellung erwähnte Wunsch nach einer harten, kratzfesten Oberfläche durch das Nitrieren oder Oxi­dieren der Oberflächen auf einfachste Weise zu erfül­len ist, da sich damit Härten erreichen lassen, die oberhalb einer Ritzhärte (nach Martens) von 8 liegen.

[0013] Insgesamt ergibt sich damit ein scheibenförmiges me­tallisches Schmuckstück, das preiswert herzustellen und von einem Fachmann auf diesem Gebiet mit gängigen Mitteln einfach zu bearbeiten ist, das oberflächen­hart und damit kratzfest ist und das die für ein Schmuckstück notwendigen und erwünschten, bisher nicht gekannten lichtoptische Effekte aufweist.

[0014] Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfin­dungsgegenstandes schematisch dargestellt und zwar zeigen

Fig. 1 einen Einkristall mit oxidierter Oberflä­che,

Fig.2 einen Einkristall mit aufgebrachter Schicht und die

Fig.3 und 4 eine Kombination dieser Verfahren nach Fig.1 und 2.

[0015] Ein aus Silicium bestehender Einkristall (1) ist durch Oxidation mit einer Oxidationsschicht (2) ver­sehen. Diese Oxidationsschicht (2) weist eine Dicke (a) von 0,01 my bis 2 my auf, wodurch sich die in der Beschreibung dargelegten optischen Effekte beziehungs­weise die Farbgebung der Einkristallscheibe ergeben. Die Dicke (b) dieser Einkristallscheibe beträgt im Durchschnitt etwa 500 my. Die Oxidationsschicht (2) bewirkt außerdem eine sehr hohe Oberflächenhärte, so­daß diese metallische Scheibe auch sehr kratzfest ist.

[0016] In der Darstellung nach Fig.2 ist auf die zuvor po­lierte Einkristallscheibe (1) vorzugsweise im Wege des Chemical-Vapour-Deposition-Verfahrens eine Metall­schicht beziehungsweise eine Metallverbindungs­schicht, wiederum in der Dicke (a) zwischen 0,01 my und 2 my aufgebracht. Diese Schicht wird in aller Re­gel auch geringfügig in das Silicium-Einkristall ein­diffundieren, sich also fest mit dem Einkristall ver­binden. Auch hier ergibt sich durch diese aufgebrach­te Schicht (3) neben der besonderen Farbwirkung eine Oberflächenhärtung .

[0017] In der Darstellung nach Fig.3 wurde der Silicium-Ein­kristall erst im Ätzverfahren mit einer Vertiefung versehen und sodann, wie in Fig.1 dargestellt, oxi­diert. In die verbleibende Vertiefung (4) ist eine weitere Metall- beziehungsweise Metallverbindungs­schicht (5) eingebracht, sodaß sich diese Schicht farblich von der umgebenden Scheibenfläche abhebt. Auch hier liegt die Schichtdicke (a) zwischen 0,01 und 2 my, ebenso wie die Schichtdicke (c) der aufge­brachten Schicht. Der geringstmögliche Abstand (d) zwischen den Kanten der Vertiefung beträgt, bedingt durch das anzuwendende Ätzverfahren, 2 my.

[0018] Eine Umkehrung des Verfahrens wird in Fig.4 gezeigt, wo zuerst die Scheibe so geätzt wird, daß Erhebungen (5) stehenbleiben, die nun beispielsweise nitriert werden können, während die Umgebung hiervon oxidiert wird. Hierbei ergeben sich selbstverständlich auch wieder unterschiedliche Farbeffekte, die diese Erhe­bungen deutlich hervortreten lassen.

[0019] Hervorzuheben ist noch, daß sich bei diesem anisotro­pen Material weitere optische Effekte durch unter­schiedliche Lichteinfallswinkel ergeben.

Ansprüche

1. Scheibenförmiges metallisches Schmuckstück (Be­standteil eines Schmuckstücks), auch Marke, Medaille, Zifferblatt, mit ein- oder beidseitiger Bearbeitung
gekennzeichnet
durch einen scheibenförmigen ebenen oder strukturier­ten Einkristall (1), der ein- oder beidseitig mit ei­ner oder mehreren wiederum gleichförmigen oder struk­turierten chemisch andersartigen Schicht (2,3) je­weils mit einer Schichtdicke (a,c) von 0,01 my bis 2 my versehen ist.

2. Schmuckstück nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die chemisch andersartige Schicht (2,3) aus einem Metall oder aus einer Metallverbindung ist.

3. Schmuckstück nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (die Metallverbindung) einen hohen kom­plexen Brechungsquotienten aufweist.

4. Schmuckstück nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall (die Metallverbindung) ein Halbleiter ist.

5. Schmuckstück nach Anspruch 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verbindungspartner Sauerstoff oder Stickstoff ist.

6. Schmnuckstück nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallverbindungsschicht eine oberflächige Oxid- oder Nitridschicht des Einkristalls (1) ist.

7. Schmuckstück nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die chemisch andersartige Schicht nach dem Chemical--Vapour-Deposition-Verfahren (CVD; LPVCD; PECVD; MPCVD) aufgebracht ist.

Zeichnung