[发明专利]玻璃仿宝石彩色膜制造方法

说明书

本发明涉及宝石制造领域。

本发明所叙述的内容在公开文献中没有报道，但是各种有色膜却一直为人们所关注，美国专利2519547为用化学镀膜法制造有色反射镜的方法，美国专利2466119为用化学镀膜法制造有色调制膜的方法，美国专利3123490为用真空蒸法工艺制造三层彩色膜的方法，可见光的干涉方法制造有色膜或彩色膜一直为人们所关心，并将它们应用于装饰、生活、生产和工业等领域。

我们知道，化学镀膜法其膜厚和膜层折射率是靠溶液浓度、离心机转速、成膜温度和湿度等因素来决定，而这些在实际成膜过程中都无法精确控制和重复，因此就单层膜来说其膜厚和膜层折射率误差很大，就多层膜来说，在生产过程中，由于没有监控成膜折射率和厚度的手段，因此专利2466119的方法只用来生产二层减反膜和单层反射率不高的分光膜，例如专利2466119中说对n＝1.52的玻璃只能将它的反射率从4%提高到15%，因此反射率的提高是有限的，要大幅度提高某些波长的反射率是做不到的，无法生产反射率高、光谱选择性强的仿宝石多层膜。

美国专利2519547提出了另一种化学溶液配方的化学成膜法，虽然该方法可以将反射率提高到30%左右，但它仍然具有上面所说的缺点，无法做出光谱选择性强的宝石彩色来。

美国专利3123490是用真空蒸发三层膜的工艺制造珍珠色颜料的技术，可以在一定范围内得到绿、红、蓝、黄等颜色效果，但它存在如下问题：

（1）专利叙述的三层膜、四层膜所得到的颜色很浅，得不到宝石的鲜艳色，其原因是：三层膜、四层膜的反射率不高，特别是从基板背面来的入射光会极大地降低正面三层膜或四层膜的干涉色。

（2）从薄膜光学理论知道，在可见光区四层膜以下所得到的膜层反射光和透射光的光谱宽度都很宽，例如专利3123490中例2的反绿色片，除了在5200绿色波长有一主反射率外，在蓝、黄波长处，甚至红光波长处都有较高的反射率，因此其颜色严重不纯，即用这种方法不可能制造美丽的宝石色。

（3）专利没有涉及到在玻璃、塑料等透明基片镀干涉膜时如何解决其显色问题，而这是在玻璃、塑料等透明基片制造宝石膜的一个关键。

根据以上情况，本发明提出一种在玻璃和光学塑料上制造仿宝石的方法，它价廉，可以根据人们的心理和审美观点设计并制造相似于天然宝石，甚至比天然宝石更鲜艳美丽的人造宝石;另外，由于这种宝石是人造的，它不受体积、形状的限制，我们可以将它应用于各种工艺品和装饰品上，如镇尺、胸花、领带夹等方面，而这些是天然宝石不易做到的。

一、发明的原理

人眼能看到的光的波长范围是4000～7500，而我们能见到的物体的颜色，或者是光波在物体上的反射色，或者是光波在物体上的透射色，例如，我们见到的白色的分光光谱图为图1，金属中金、银、铜、铝的反射光谱曲线见图2，绿色宝石的光谱反射率曲线见图3，蓝色宝石的光谱反射率曲线见图4，红色宝石的光谱反射率曲线见图5，紫色宝石的光谱反射率曲线见图6。

我们知道，天然宝石在自然界比较稀少，因而显得很贵重，现在我们用普通无色玻璃（如K9光学玻璃、窗玻璃等）来制造人造宝石，因此它们的价格是很便宜的。

首先，我们将无色玻璃加工成要求的宝石形状，如图7（a）所示，其上表面和下表面抛光成光学表面，然后在玻璃的下底面上镀我们设计的多层干涉膜，例如为制造绿宝石，我们设计的绿宝石膜系为：G3HL3HL3HL3HA，其中：G代表玻璃，A代表空气，H代表光学厚度为λ₀/4的高折射率介质膜，即n_Hd_H＝λ₀/4，n_H是其折射率，这里n_H＝2.3，可采用TiO₂，ZnS，ZrO₂，Ta₂O₅，H_fO₂等，λ₀＝5300，式中d_H为膜层几何厚度，L代表光学光学厚度为λ₀/4的低折射率介质膜，n_Ld_L＝λ₀/4，低折射率η_L＝1.46～1.6，可采用Sio₂，或者AL₂O₃，d_L是低折射率层的几何厚度。