本發(fā)明涉及一種由天然或合成材料制成的寶石，特別涉及一種刻面鉆石，所述寶石包含稱為冠部(crown)的可見額部和在將寶石安裝在基座上時至少部分隱藏的背部，所述背部稱為亭部(pavilion)，并且通過在所述冠部和所述亭部之間的稱為腰圍部(girdle)的中間部而與冠部分隔開，所述寶石包含使其能夠固定在所述基座上的固定元件，所述固定元件包含位于所述亭部上的金屬連接區(qū)。

還涉及一種將上述定義的寶石安裝在基座上的方法，所述寶石包含設(shè)置成使其能夠固定在基座上的固定元件，所述固定元件包含位于所述亭部上的金屬連接區(qū)。

背景技術(shù)：

寶石，特別是鉆石，被設(shè)計成固定在基座或支架上，以便例如形成珠寶或鐘表。根據(jù)一種已知的實施方式，通過在寶石的部分外周表面上沉積金屬涂層來完成寶石在基座上的固定，所述金屬涂層使得可以通過焊接、鉚接或類似方法將寶石緊密地固定至基座。

作為實例，公報fr2,042,156a描述了一種寶石，在其亭部上沉積了金屬層。該金屬層使得可以將寶石焊接在基座上。然而，這種布置具有不美觀的缺點，因為這個金屬化層是可見的，這是因為以下事實：由位于寶石的金屬化區(qū)域內(nèi)的出口界面反射的某些入射線會通過全反射被寶石返回，并返回金屬化層的圖像。

公報jp09173115a描述了一種用于將諸如鉆石等寶石固定在基座上的技術(shù)，其中第一層，例如含有鈦(ti)、銅(cu)、銀(ag)和/或鋯(zr)的合金，沉積在鉆石上，而第二金屬層沉積在基座上，例如金(au)合金。接下來將兩個金屬層焊接在一起以將鉆石牢固地固定在基座上。金屬層沉積在鉆石的亭部上，更具體而言，在鉆石的亭部的中間以及比亭部的總表面小的表面上。由于與上述相同的原因，這種技術(shù)具有美觀上的缺點，當在寶石中在金屬化區(qū)域反射的入射線通過寶石的冠部離開時，金屬層是可見的。

公報wo00/57743a2涉及一種能夠?qū)⒄滟F寶石卷固(crimp)在中空珠寶飾品中的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于在珍貴寶石表面創(chuàng)建金屬固定區(qū)的裝置和用于將該金屬固定區(qū)固定在中空珠寶飾品的外殼上的連接裝置。為了創(chuàng)建金屬固定區(qū)，珍貴寶石的表面的圓周部分被金屬化，并且在珍貴寶石的表面的金屬化的圓周部分上通過電解沉積金屬層。該固定帶形成在寶石內(nèi)中空的凹槽中，并且至少部分地侵入寶石的額部(即冠部)上。

公報wo2014/030068a2涉及一種包括珍貴寶石、安裝表面和釬焊接頭的支架。釬焊接頭由反應(yīng)性金屬合金形成，該合金允許寶貴寶石表面上的某些點直接粘附至安裝表面。然而，該公報中描述的固定技術(shù)的風(fēng)險在于沒有提供對寶石的足夠可靠或有效的維護，并且所描述的釬焊方法需要高溫(通常超過800℃)，其消耗相當大的能量并可能潛在地損壞基座的用于頂級寶石的精細安裝表面。

將寶石固定在基座上引起的問題包括：確保在無需高加工溫度進行固定的情況下對寶石的有效且可靠的維護，并且實際上不可見地進行此固定，以免破壞寶石的光澤。已知技術(shù)沒有對這些問題提供令人滿意的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在通過提出一種被設(shè)置為能夠不可見地固定在其基座上的寶石和一種將寶石固定在其基座上的方法來克服上述缺點，所獲得固定是有效的、可靠的、耐久的和不可見的。

為此，本發(fā)明涉及在前文中定義的寶石，其特征在于，所述連接區(qū)位于所述亭部的寬度有限的外圍扇區(qū)的一部分或全部上，其中，冠部上的經(jīng)由空氣/寶石界面透入寶石的入射線在所述亭部的低于所述連接區(qū)的點上被第一亭部/空氣界面反射，或者在包含所述連接區(qū)的所述外圍扇區(qū)中被所述寶石的所述第一亭部/空氣界面全反射，并且通過所述寶石的至少一個第二亭部/空氣界面在所述亭部的后面折射到寶石外。

根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述外圍扇區(qū)位于所述亭部上并靠近所述腰圍部。所述外圍扇區(qū)可優(yōu)選地包含所謂的不可見區(qū)，在該不可見區(qū)中，不存在被第一亭部/空氣界面反射的在空氣/冠部界面處折射的入射線。所述外圍扇區(qū)可有利地包含圍繞所述亭部延伸360°的帶。所述帶優(yōu)選覆蓋約至少對應(yīng)于所述亭部的表面的約20％～35％的區(qū)域。

特別有利地，金屬固定元件可包含以夾層方式沉積的多個金屬層。所述多個金屬層優(yōu)選包含與寶石形成碳化物層的內(nèi)層。根據(jù)一個有利的實施方式，所述內(nèi)層包含鈦、鉭、鉿或鈮。

所述多個金屬層還優(yōu)選地包含外層，所述外層包含與用來接收寶石的基座相同的材料。優(yōu)選地，所述外層和所述基座包含金。根據(jù)另一個實施方式，所述多個金屬層包含在所述內(nèi)層和所述外層之間形成擴散屏障的中間層。所述中間層可包含鉑。有利地，金屬固定元件利用pvd方法沉積。

同樣為此目的，本發(fā)明涉及前文所定義的固定方法，其特征在于，將所述連接區(qū)沉積在所述亭部的寬度有限的外圍扇區(qū)的一部分或全部上，其中，冠部上的經(jīng)由空氣/寶石界面透入寶石的入射線在所述亭部的低于所述連接區(qū)的點上被第一亭部/空氣界面反射，或者在包含所述連接區(qū)的外圍扇區(qū)中被所述寶石的所述第一亭部/空氣界面全反射，并且通過所述寶石的至少一個第二亭部/空氣界面在所述亭部的后面折射到寶石外。

在該方法的情況中，有利的是，所述外圍扇區(qū)被限定在所述亭部并靠近所述腰圍部。有利地，將帶沉積在所述外圍扇區(qū)中，其覆蓋對應(yīng)于所述亭部的表面的至少約20％～35％的區(qū)域。所述帶有利地覆蓋對應(yīng)于所述亭部的表面的至少約20％～35％的區(qū)域。

在該方法的情況中，可以以夾層方式沉積多個金屬層從而形成金屬固定元件。還可以沉積與寶石形成碳化物層的內(nèi)層，該內(nèi)層包含鈦、鉭、鉿或鈮。還可以在固定寶石之前沉積外層，所述外層包含與用來接收所述寶石的基座相同的材料。

附圖說明

參照附圖，本發(fā)明及其優(yōu)點將更好地呈現(xiàn)在作為非限制性實例提供的一個實施方式的以下描述中，其中：

圖1是寶石的軸向截面圖，示意性地圖示了透入所述寶石的冠部并在第一和第二亭部/空氣界面上被全反射后由冠部返回的光線的軌跡，

圖2是寶石的軸向截面圖，示意性地圖示了透入寶石的冠部的光線的軌跡，所述寶石在亭部的有限扇區(qū)上設(shè)置有連接區(qū)，

圖3是寶石的軸向截面圖，示意性地圖示了透入寶石的冠部的光線的軌跡，所述寶石在不可見區(qū)中設(shè)置有連接區(qū)，

圖4是設(shè)置有所述連接區(qū)的本發(fā)明的寶石的側(cè)視圖，

圖5是設(shè)置有所述連接區(qū)的本發(fā)明的寶石的仰視圖。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種寶石，在下文中將稱其為“寶石”10。本發(fā)明的寶石10可以是天然的或合成的，并且可以特別地由刻面鉆石構(gòu)成，但也可以由綠寶石、藍寶石、紅寶石或其他類型的石構(gòu)成。在圖示的實例中，寶石10是具有多個切割的刻面11的圓鉆。該示例性實施方式當然不是限制性的，且本發(fā)明涉及寶石的各種形狀。

參照附圖，示出的寶石10包括通常稱為冠部12的額部，其在寶石10被固定在基座(未示出)時是可見的。其通常被切割以具有多個刻面11。在冠部12的后面，寶石10包括通常稱為亭部13的背部，其通過通常稱為腰圍部14的中間部相對于冠部12被限定。亭部13一般以點切割，并且也可以具有多個刻面11。通常，當將寶石安裝在其基座上時，亭部13至少部分隱藏。實際上，亭部13通常用于允許將寶石10固定在基座上，使得僅冠部12可見，同時確保寶石10的固定盡可能不可見。珠寶商尋求的一個目標是隱藏寶石10的固定方式，同時確保寶石10被可靠地固定且伴隨最佳的光澤或耀度而無論是何種應(yīng)用，從而與基座的類型(其可例如由鐘表或珠寶構(gòu)成)無關(guān)。

特別如圖1所示，根據(jù)寶石10的刻面11的尺寸，穿過冠部12透入寶石10的入射光線r1、r2可以在亭部13中的寶石/空氣界面上經(jīng)歷一次或幾次全反射，使得入射光通過冠部12的寶石/空氣界面返回，并賦予寶石10光澤和期望的美感。作為參考，在點a1處沿著角度i1(相對于光線r1的入射點a1處的法線ha1)入射到寶石10的冠部12的刻面11的光線r1透入寶石10，并在冠部12的空氣/寶石界面處經(jīng)歷折射現(xiàn)象。根據(jù)snell-descartes定律，將空氣的折射率n1和寶石10的折射率n2與入射角i1和折射角i2相關(guān)聯(lián)的關(guān)系寫為：

n1sin(i1)＝n2sin(i2)

折射光線r'1相對于法線ha1偏離角度i2，該角度i2小于入射線r1的入射角度i1，因為空氣的折射率n1低于寶石10的折射率n2。該折射光線r'1在寶石10內(nèi)傳播并射至亭部13的壁，更具體而言在點b1處射至第一亭部/空氣界面，在此其經(jīng)歷全反射。實際上，折射光線r'1在點b1處相對于法線hb1形成角度ir，其大于極限角度il，超過該極限角度則發(fā)生全反射，其遵守以下定律：

il＝arcsin(n1/n2)。

例如，對于折射率n2＝2.42的鉆石寶石10和空氣折射率n1等于1的情況，極限角度il基本上等于24°。接下來，反射的光線r'1在點b1處沿著角度ir被傳送到第二亭部/空氣界面的點c1上，其在此處經(jīng)歷新的全反射，然后返回第三冠部/空氣界面的點d1處。其在點d1處經(jīng)歷折射使得出射角i4大于入射角i3。應(yīng)注意到，冠部12的點a1處的入射光以光線r”1的形式返回冠部12的點d1，使得在滿足上述條件時，寶石10發(fā)出其全部的光輝。

第二入射光束r2在圖1中示出。光束r2以與冠部12的中心范圍121基本垂直的方式穿入，同時以直線傳播而沒有在入射點a2處經(jīng)歷任何折射。其透入寶石10并到達第一亭部/空氣界面，其在此于點b2處經(jīng)歷第一次全反射，然后在第二亭部/空氣界面的點c2處經(jīng)歷第二次全反射。光以與冠部12的中心范圍121基本垂直的方式離開，而不經(jīng)歷任何折射。如前所述，入射光在遵循寶石10內(nèi)的或多或少復(fù)雜的光路之后返回。

在前述條件下，并假設(shè)為了設(shè)置用于將寶石10固定在基座上的固定元件而將亭部13的表面金屬化或用不透明涂層部分或全部覆蓋，已穿過寶石10并已被設(shè)置有所述不透明涂層的表面反射的光的至少一部分會將該不透明涂層的圖像送回，并破壞寶石10的期望光輝，這是正在尋求避免的。

為此，如由圖2～4所示的本發(fā)明的寶石10設(shè)置有金屬固定元件20以允許將其固定在基座(未示出)上。在該實施方式中，這些金屬固定元件20包含位于亭部13的部分或全部有限外圍扇區(qū)131上的連接區(qū)21。金屬固定元件20不修改光線的正常行進路線，但位于外圍扇區(qū)131中以使得它們不可見。實際上，亭部13的外圍扇區(qū)131具有特定的光學(xué)性質(zhì)，這將在說明書的剩余部分進行說明。如圖5所示，連接區(qū)21可擔當完全圍繞(即，覆蓋360°)亭部而延伸的金屬帶22的形式。帶22可以直接位于腰圍部14的下方。金屬帶22可通過金屬涂層或金屬層形成，其相對于亭部13的高度具有有限的寬度，并至少部分地在亭部13的外圍扇區(qū)131上延伸。由此，外圍扇區(qū)131根據(jù)基座可部分或完全金屬化。優(yōu)選地，外圍扇區(qū)131包含金屬帶22，其覆蓋對應(yīng)于亭部13的表面的20％～35％的區(qū)域。

作為實例，如圖2所示，入射線r3在靠近腰圍部14的射入點a3處被送到寶石10的冠部12的一個刻面11上。應(yīng)注意到，光線r3被送到與腰圍部14相鄰的刻面11上。其以折射光線r'3的形式透入冠部12，同時靠近刻面11的在點a3處的法線ha3，并且在沉積有金屬帶22的外圍扇區(qū)131中落在亭部13的第一亭部/空氣界面上。射線r'3在b3點處經(jīng)歷全反射。由于該全反射，其以小于極限角度il的角度返回亭部13的對側(cè)刻面11的第二亭部/空氣界面上的點c3處，低于該極限角度的入射線不再經(jīng)歷全反射，但會被折射。對于在外圍扇區(qū)131反射的光線正是如此，其在離開寶石10時被亭部13的第二亭部/空氣界面折射。因此，亭部13的外圍扇區(qū)131具有在允許第二亭部/空氣界面上的第二次全反射的條件下不使光返回的特性。由此，位于該外圍扇區(qū)131中的金屬化或不透明金屬帶22的圖像在寶石10的前方是不可見的，即觀察者將不會看到寶石10的連接區(qū)21，因為在觀察冠部12時，充當固定元件20的金屬帶22將不可見。

圖2所示的第二光線r4在冠部12上的射入點a4處發(fā)生折射，在以光線r'4的形式透入寶石10的同時發(fā)生折射，r'4在第一亭部/空氣界面上的位于金屬帶22下方的點b4處被反射。在其全反射之后，其入射到第一亭部/空氣界面對側(cè)的第二亭部/空氣界面的點c4處，并在此點c4處經(jīng)歷第二次全反射。接下來其被反射射向冠部12，其在點d4處橫穿過冠部12并同時經(jīng)歷折射。針對其光學(xué)軌跡，光線r4與圖1的光線r1和r2再度匯合，并使入射光返回，同時有助于賦予寶石10光澤。該光線r4沒有在外圍扇區(qū)131中被反射，其可被觀察者看到。

如圖3所示，外圍扇區(qū)131還包含所謂的不可見區(qū)zi，其中，在空氣/冠部界面處折射的入射線r3僅可被所述不可見區(qū)zi之外的第一亭部/空氣界面反射。換言之，沒有光線在該不可見區(qū)中反射。該不可見區(qū)zi位于腰圍部下方，并且其高度取決于腰圍部的高度，其通常為寶石直徑的2％～6％。例如，當寶石10的直徑為2mm時，該情況下的不可見區(qū)的寬度可為0.25mm。如果提供一個足夠窄以使其位于該不可見區(qū)zi內(nèi)的金屬帶22，則空氣/冠部界面處的任何入射線都將在帶22之外的第一亭部/空氣界面處被反射。由此，金屬帶22將不可見，因為沒有光線能夠到達不可見區(qū)。在此情況下，包含帶22的連接區(qū)21不會完全覆蓋外圍扇區(qū)131。

由此，外圍扇區(qū)131的特定光學(xué)性質(zhì)使得可以將連接區(qū)21沉積在部分或全部該外圍扇區(qū)131上，由此使其對于經(jīng)冠部12觀看寶石10的觀察者而言是不可見的。在刻面的圓鉆中已觀察到外圍扇區(qū)131直接位于腰圍部14的下方，并且在比亭部13的總面積小的表面上延伸。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，使用pvd(物理氣相沉積)法將金屬固定元件20沉積在寶石的表面上。使用pvd使得可以以受控和精確的方式在寶石表面上形成連接區(qū)21。在pvd沉積步驟之前可以進行清潔寶石表面的步驟，以及可選的沉積粘附層的步驟。優(yōu)選地，pvd沉積步驟在含有惰性氣體(例如氬氣)的室中在10^-4mbar～10^-2mbar的壓力下進行。

在一個實施方式中，金屬固定元件20包含以夾層方式沉積在寶石表面上的多個金屬層。根據(jù)一種特定的替代性方案，首先在寶石上沉積鈦(或鈦基合金)的內(nèi)金屬層，然后是由鉑(或鉑基合金)制成的中間層，然后是金(或金基合金)的外層。此處，鈦層的厚度優(yōu)選為40nm～500nm，起著粘附的作用，鈦與寶石形成碳化物層?？商娲缘厥褂媚軌蚺c寶石形成碳化物層的其它材料(例如鉭、鉿或鈮)代替鈦作為內(nèi)層。如下面描述的，金外層的厚度優(yōu)選為100nm～2000nm，其允許通過焊接或通過熱壓而固定至金基座。當然，如果用來接收寶石的基座由另一種材料制成，則可相應(yīng)地調(diào)整外層的材料。鉑層的厚度優(yōu)選為60nm～500nm，其在鈦層和金層之間形成擴散屏障，但也可使用其它材料作為中間層。除了已提及的那些層之外的其它層也可存在于固定元件20中。

如上面詳細說明的，在寶石表面上形成金屬固定元件20之后，可以進行化學(xué)清潔步驟以消除存在于不需要的位置的任何金屬材料，以確保連接區(qū)21正確定位并且不可辨別。

在金屬化之后，可以使用不同的技術(shù)將包含金屬固定元件20的寶石固定至相應(yīng)的基座，但優(yōu)選通過熱壓或焊接來固定。在熱壓的情況下，且優(yōu)選也在焊接的情況下，還通過pvd方法將金屬層形成在用來接收寶石的基座的部分表面上(特別是在金屬固定元件20中)。特別地，對于金基座，沉積在基座上的金屬層也優(yōu)選由金制成。在基座上沉積金屬層之前，還可進行所討論的清潔基座表面的步驟。

根據(jù)一個替代性方案，通過熱壓將寶石固定至基座，并將包含金外層的金屬固定元件20按壓在沉積在基座上的金層上。在一個實例中，在此步驟中使用壓縮機，其以2kg/mm²～20kg/mm²的力在100℃～600℃(或更優(yōu)選200℃～450℃)的溫度下操作，并持續(xù)20秒～60分鐘。

根據(jù)另一個替代性方案，用焊接機以5g/mm²～50g/mm²的力在280℃～350℃的溫度下持續(xù)操作1秒～5分鐘來將寶石固定至基座。如上所述，在此情況下，使用材料適當且具有適當形狀的預(yù)制品(例如，由金-錫制成的錐形環(huán))，并且基座優(yōu)選地具有預(yù)先沉積在其表面上的金層?？稍诤附又筮M行化學(xué)清潔步驟以消除任何殘留的碎屑。

工業(yè)應(yīng)用的可行性

本說明書清楚地顯示出：金屬帶22是不可辨別的，因為其存在于剛好在腰圍部下方的不可見區(qū)zi中；或者，在金屬帶22所在的第一亭部/空氣界面處，被外圍扇區(qū)131反射的所有入射線r3都以小于全反射極限角度il的角度被返回到第二亭部/空氣界面上，使得其在寶石10的亭部13后面折射和疏散且不可見。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)所需目的，即，當將寶石10的連接區(qū)21固定到其基座時，連接區(qū)21不可見。

使用pvd方法將金屬固定元件20沉積在亭部上使得可以形成具有受控的尺寸和精確的位置的金屬連接區(qū)21。優(yōu)選地，此連接區(qū)21如金屬帶22一樣在亭部周圍延伸360°，這允許可靠且穩(wěn)固地固定至基座，即使在寶石較小且?guī)?2的寬度相對較薄時也是如此。此外，在溫度不超過600℃、更優(yōu)選不超過450℃的條件下，包含金屬固定元件20的寶石可有利地固定至基座。

本發(fā)明不限于所描述的示例性實施方式，而是擴展至本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的任何修改和替代方式。