DE10222666A1

DE10222666A1 - Process for forming patterns in mineral or organic ornaments especially pearls and gems uses ionizing radiation to pattern inside the object

Info

Publication number: DE10222666A1
Application number: DE2002122666
Authority: DE
Inventors: Beatrice Vogel; Jochen Schlueter; Bernd Reime; Michael Lohmann
Original assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Current assignee: Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-12-04

Abstract

A process for forming patterns within mineral or organic ornaments, especially pearls and gems, comprises irradiating the ornament with ionizing radiation to produce a deeply extending, optically visible chemical and/or crystallographic alteration.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Mustern in mineralischen oder organogenen Ornamentkörpern, insbesondere Schmucksteinen oder Perlen. The present invention relates to a method for producing patterns in mineral or organogenic ornament bodies, especially gemstones or pearls.

So können z. B. legale Waren mit einer Codierung versehen werden, um sie gegenüber Waren aus Bürgerkriegsgebieten oder anderweitig zweifelhaften Quellen eindeutig und dauerhaft kenntlich gemacht werden, was mit den bisher üblichen Zertifizierungen nicht in effektiver Weise möglich war. Neben der Kennzeichnung der Ursprungsstätte könnte auch Information über den Inhaber oder dergleichen durch ein entsprechend kodierendes Muster eingeschrieben werden. So z. B. legal goods are provided with a coding to them compared to goods from civil war zones or other dubious sources clearly and permanently be identified, which is not effective with the usual certifications Way was possible. In addition to marking the place of origin, information could also be provided registered via the holder or the like by a corresponding coding pattern become.

Die bisher bekannten Verfahren zur Kennzeichnung von Ornamentkörpern zielen darauf ab, auf der Oberfläche kleine Zeichen aufzubringen. In EP 0 897 021 A1 wird beispielsweise vorgeschlagen, auf Ornamentkörpern wie einer Perle eine kleine Markierung auf der Oberfläche anzubringen, indem eine Markierung durch Abscheidung von Material aus der Dampfphase aufgebracht wird, die dann wiederum durch einen darauf aufgebrachten Schutzlack fixiert wird. The previously known methods for marking ornament bodies are aimed at to put small characters on the surface. For example, EP 0 897 021 A1 suggested placing a small mark on the ornament body like a pearl Attach by marking by separating material from the surface Vapor phase is applied, which in turn is then applied by one Protective varnish is fixed.

Aus GB 2 361 671 A ist bekannt, die Oberfläche von Diamanten in Form einer Markierung zu bestrahlen und die Diamantenoberfläche mit einem oxidierenden Mittel zu behandeln, um eine Markierung mit einer geeigneten Tiefe in der Oberfläche zu bilden. Aus US 2001/0 012 055 A1 ist das Bilden von Markierungen auf einem Edelstein durch Anwendung eines Laserstrahls auf dessen Oberfläche bekannt. Ebenso ist aus US 6 187 213 B1 das Markieren der Oberfläche von Diamanten mit einem UV-Laser und einer Maske bekannt, wobei die Laserbestrahlung eine chemische Reaktion der Diamantoberfläche mit Luft bewirkt, die eine Markierung an der Oberfläche schafft. Aus US 6 358 427 B1 ist bekannt, eine Maske auf der Oberfläche eines Diamanten zu bilden, die Teilschicht der Maske elektrisch zu verbinden und die Oberfläche des Diamanten durch die Maske durch Plasmaätzen zu behandeln, um eine gewünschte Markierung zu erhalten. GB 2 361 671 A discloses the surface of diamonds in the form of a marking irradiate and treat the diamond surface with an oxidizing agent to to form a mark with a suitable depth in the surface. From US 2001/0 012 055 A1 is the formation of markings on a gemstone using an Known laser beam on its surface. Marking is likewise from US Pat. No. 6,187,213 B1 the surface of diamonds with a UV laser and a mask known, the Laser radiation causes a chemical reaction of the diamond surface with air, which is a Marking on the surface creates. From US 6 358 427 B1 a mask on the Form the surface of a diamond, electrically connect the partial layer of the mask and to treat the surface of the diamond through the mask by plasma etching to get the desired mark.

Die bekannten Verfahren sind jedoch im Ergebnis unbefriedigend, da nur Markierungen auf der Oberfläche von Ornamentkörpern erzeugt werden, die in jedem Fall relativ leicht wieder zu entfernen oder zu manipulieren sind. Zur Aufbringung von ornamentalen Mustern auf Ornamentkörper, wie etwa Perlen, sind die genannten Verfahren sämtlich nicht geeignet. However, the known methods are unsatisfactory as a result, since only markings are made the surface of ornamental bodies are generated, which in any case is relatively easy again to be removed or manipulated. For applying ornamental patterns Ornamental bodies, such as pearls, are all unsuitable for the methods mentioned.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen eines Musters in organogenen und mineralischen Ornamentkörpern zu schaffen, mit dem ein Muster, sei es eine informationstragende Makierung oder ein ornamentales Design, dauerhaft und gegen Manipulationen oder Entfernung geschützt erzeugt werden können. It is an object of the present invention to provide a method for generating a pattern in to create organogenic and mineral ornamental bodies with which to create a pattern, be it an information-bearing marking or an ornamental design, permanent and against Tampering or removal can be generated protected.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The method with the features of claim 1 is used to achieve this object. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, mineralische oder organogene Ornamentkörper in der Form des Musters mit hochenegetischer ionisierender Strahlung zu bestrahlen, um in dem Ornamentkörper in die Tiefe reichende, optisch sichtbare chemische und/oder kristallstrukturelle Veränderungen in Form des Musters zu bewirken. Solche ionisierende Strahlung, vorzugsweise hochenergetische Röntgenstrahlung oder Elektronenstrahlung, deponiert Energie verteilt über eine gewisse Tiefe in dem Ornamentkörper und bewirkt dort je nach Art des Materials des Ornamentkörpers, chemische und/oder kristallstrukturelle Veränderungen. Mithin bedeutet "Muster" im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung keine zweidimensionale geometrische Form; vielmehr hat das in dem Ornamentkörper erzeugte Muster eine dreidimensionale Struktur, die sich auch in Richtung der Tiefe des Ornamentkörpers erstreckt. According to the present invention, mineral or organogenic is provided Ornamental body in the shape of the pattern with highly vegetarian ionizing radiation irradiate to visually visible chemical in the ornament body and / or to effect crystal structural changes in the form of the pattern. Such ionizing radiation, preferably high-energy X-rays or Electron radiation, deposited over a certain depth in the energy Ornamental body and, depending on the type of material of the ornamental body, causes chemical and / or crystal structural changes. Thus, "pattern" means in context no two-dimensional geometric shape with the present invention; rather it has patterns created in the ornamental body a three-dimensional structure, which can also be seen in Extends in the direction of the depth of the ornamental body.

Die gewünschte Kontur des Musters kann z. B. mit einer Maske oder Schablone als Negativform erzeugt werden, die vor dem Ornamentkörper positioniert wird und mit ionisierender Strahlung bestrahlt wird, die nur in den Öffnungsbereichen der Maske hindurchgelassen wird. Andererseits kann das Muster auch erzeugt werden, indem ein eng kollimierter oder fokussierter Strahl erzeugt wird, dessen Strahlquerschnittsfläche klein gegen die Größe des zu bildenden Musters ist. Dieser Strahl kann dann relativ zu dem Ornamentkörper so bewegt werden, daß das gewünschte Muster in dem Ornamentkörper gebildet wird. The desired contour of the pattern can e.g. B. with a mask or stencil Negative form are generated, which is positioned in front of the ornament body and with ionizing radiation is irradiated only in the opening areas of the mask is let through. On the other hand, the pattern can also be created by a tight collimated or focused beam is generated, whose beam cross-sectional area is small against is the size of the pattern to be formed. This beam can then be relative to that Ornamental bodies are moved so that the desired pattern in the ornamental body is formed.

Mit dem vorliegenden Verfahren ist es ohne weiteres möglich, kleine Beschriftungen mit Größen von etwa 100 µm in Perlen einzuschreiben. Solche informationsträgenden Muster sind mit dem bloßen Auge aus der Entfernung nicht zu erkennen, so daß sie die ästhetische Wirkung nicht beeinträchtigen. With the present method it is easily possible to use small labels Inscribe sizes of about 100 µm in pearls. Such information-bearing patterns are not visible to the naked eye from a distance, so that they are aesthetic Do not affect the effect.

Neben dem Einschreiben von Informationen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ornamentale Muster in Ornamentkörpern, wie Perlen oder Kristallen, gebildet werden, wobei diese ornamentalen Muster eher großflächig sind und gerade sichtbar sein sollen. Grundsätzlich können auch Informationen, Symbole oder Zeichen jedweder Art iri Ornamentkörper eingeschrieben werden, wie etwa Widmungen, Daten, Sprüche (wie anderweitig z. B. an der Innenfläche von Ringen üblich), um Perlen, Diamanten oder dergleichen dadurch einen personenebezogenen Charakter zu geben, der dauerhaft in dem Ornamentkörper erhalten bleibt. In addition to writing information, the inventive method ornamental patterns can also be formed in ornamental bodies, such as pearls or crystals, these ornamental patterns are rather large and should just be visible. In principle, information, symbols or signs of any kind can also be used Ornamental bodies are inscribed, such as dedications, dates, sayings (such as otherwise z. B. on the inner surface of rings), pearls, diamonds or the like to give a person-related character that permanently in the Ornamental body remains.

Durch Auswahl der Art der ionisierenden Strahlung sowie durch Auswahl ihrer Energie ist es in gewissem Umfang möglich, die Tiefenverteilung der Energiedeposition in dem Ornamentkörper zu steuern und dadurch die Lage und Tiefenausdehnung des Musters in dem Ornamentkörper zu beeinflussen. By choosing the type of ionizing radiation as well as by choosing its energy it is to some extent, the depth distribution of energy deposition in the To control ornamental bodies and thereby the position and depth of the pattern in the To influence ornamental bodies.

Neben den praktisch bevorzugten Arten ionisierender Strahlung, nämlich hochenergetischer Röntgenstrahlung, z. B. aus einer Synchrotonstrahlungsquelle, oder Elektronenstrahlung, kommen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auch alle anderen gängigen Strahlungsarten in Betracht, wie etwa Prosytronen-, Protronen-, Ionen-, Myonen- oder Neutronenstrahlung. In addition to the practically preferred types of ionizing radiation, namely high-energy X-rays, e.g. B. from a synchrotron radiation source, or electron radiation, basically all others come in connection with the present invention common types of radiation, such as prosytrons, protons, ions, muons or neutron radiation.

Röntgenstrahlung hat einen relativ niedrigen Wirkungsquerschnitt mit den betrachteten Materialien, sie dringt daher tief ein und eignet sich somit zur Erzeugung von Verfärbungsmustern, die eine große Ausdehnung in der Tiefe haben. Elektronenstrahlung hat eine im Vergleich zu Röntgenstrahlung höhere Wechselwirkungsdichte, die in bekannter Weise von der Elektronenenergie abhängt; sie eignet sich daher besser zur Erzeugung von Verfärbungen mit geringerer Ausdehnung in der Tiefe des Ornamentkörpers. X-rays have a relatively low cross-section with those considered Materials, it therefore penetrates deeply and is therefore suitable for the production of Discoloration patterns that have a large expansion in depth. Has electron radiation a higher interaction density compared to X-rays, which in known Way depends on the electron energy; it is therefore more suitable for the generation of Discoloration with less expansion in the depth of the ornament body.

Protonenstrahlung ist noch dichter ionisierend, d. h. die Energiedeposition als Funktion der Tiefe fällt noch schneller ab und entsprechend können Verfärbungen mit gut definierter Tiefenausdehnung erzeugt werden. Proton radiation is even more ionizing, i. H. energy deposition as a function of Depth drops even faster and accordingly discolorations with well-defined Depth expansion are generated.

Die betrachteten Strahlungen haben ein Dosismaximum unter der Oberfläche des Ornamentkörpers, d. h. die größte Energiedepositionsdichte liegt in der Tiefe unterhalb der Oberfläche. Damit liegt auch die Dichte induzierter chemischer oder kristallstruktureller Veränderungen unter der Oberfläche und läßt sich mithin ein Verfärbungsmuster in der Tiefe und mit einer Tiefenausdehnung erzeugen. The radiations considered have a dose maximum below the surface of the Ornamental body, d. H. the greatest energy deposition density lies in the depth below the Surface. This means that the density of induced chemical or crystalline structures Changes beneath the surface and therefore there is a discoloration pattern in depth and create with a deep expansion.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das vorliegende Verfahren auf Süßwasserperlen oder Körper aus Süßwasserperlmutt angewendet. Es hat sich herausgestellt, daß Süßwasserperlen und -perlmutt sich gut mit hochenergetischer Röntgenstrahlung verfärben lassen, insbesondere mit Röntgenstrahlung aus einer Synchrotronstrahlungsquelle. In a particularly preferred embodiment, the present method is based on Freshwater pearls or freshwater mother-of-pearl body applied. It turned out that freshwater pearls and mother-of-pearl work well with high-energy X-rays discolor, especially with X-rays from a synchrotron radiation source.

Durch die Erfindung können Ornamentkörper, wie Perlen oder Diamanten, dauerhaft mit sehr kleinen Markierungen versehen werden, die nicht unmittelbar an der Oberfläche des Ornamentkörpers liegen und eine gewisse Ausdehnung in Tiefenrichtung haben, so daß sie nicht zu entfernen sind, ohne den Ornamentkörper zu zerstören. By means of the invention, ornamental bodies, such as pearls or diamonds, can last with a great deal small markings that are not directly on the surface of the Ornamental body lie and have a certain extent in the depth direction, so that they cannot be removed without destroying the ornament body.

Die Abstimmung der Energie der ionisierenden Strahlung auf die Struktur des Minerals, oder der organogenen Körper, wie Perlen oder Elfenbein, erlaubt es, auch die Farbe und die Intensität der Verfärbung zu bestimmen. Matching the energy of the ionizing radiation to the structure of the mineral, or the organogenic body, like pearls or ivory, also allows the color and the Determine the intensity of the discoloration.

Die ornamentale Gestaltung von Schmucksteinen oder Perlen erlaubt die Schaffung von bisher nicht existierendem Schmuck. Ursprünglich gleichaussehende Perlen lassen sich gestalten und werden zu Bestandteilen von Schmuck. Schmucksteine lassen sich gestalten und werden zu Blickfängern und Erinnerungsträgern. Dadurch werden die Gestaltungsmöglichkeiten von Schmuckdesignern erheblich erweitert. The ornamental design of gemstones or pearls allows the creation of previously non-existent jewelry. Beads that originally looked the same can be made design and become part of jewelry. Gemstones can be designed and become eye-catchers and memories. This will make the Design options of jewelry designers expanded considerably.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei in The invention is explained below using an exemplary embodiment, wherein in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus zur Durchführung des Verfahrens gezeigt ist. Fig. 1 is a schematic representation of a structure for performing the method is shown.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird Synchrotronstrahlung verwendet. Das breite Spektrum eines Strahls 1 Synchrotronstrahlung wird durch eine bekannte Anordnung von Kollimatoren 2, 4 und Kristallen 6, 8 in einen kollimierten Röntgenstrahl mit ausgewählter Energie gebracht. Für die Markierung von Perlen kommen z. B. Energien der Röntgenstrahlung im Bereich von 1 bis 30 keV in Betracht. Solche Röntgenstrahlen lassen sich heutzutage sehr gut präparieren, so daß sich mit ihnen sehr positionsgenau feine Markierungen in Ornamentkörpern, wie etwa Perlen erzeugen lassen. Die Perle 10 kann mit Hilfe einer präzise steuerbaren Halterung relativ zur Strahlposition so bewegt werden, um die gewünschte Musterung zu erhalten. Alternativ kann vor der Perle 10 eine Maske plaziert werden, die das gewünschte Muster ausblendet. In the embodiment shown in Fig. 1, synchrotron radiation is used. The broad spectrum of a beam 1 of synchrotron radiation is brought into a collimated X-ray beam with selected energy by a known arrangement of collimators 2 , 4 and crystals 6 , 8 . For marking pearls come e.g. B. X-ray energies in the range of 1 to 30 keV into consideration. Such X-rays can be prepared very well these days, so that they can be used to produce very precise marks in ornamental bodies, such as pearls. The bead 10 can be moved relative to the beam position with the aid of a precisely controllable holder in order to obtain the desired pattern. Alternatively, a mask can be placed in front of the pearl 10 to hide the desired pattern.

Claims

1. Process for producing patterns in mineral or organogenic ornament bodies, in particular gemstones or pearls, in which the ornamental body in the shape of Pattern is irradiated with ionizing radiation to form the pattern in the Ornamental body extending in depth, optically visible chemical and / or to bring about crystal structural changes.

2. The method according to claim 1, in which freshwater pearls by X-radiation in the form of Patterns are irradiated to discolour in the shape of the surface Generating patterns.

3. The method of claim 2, wherein the energy of the x-ray radiation is at least 1 keV is preferably in the range from 1 keV to 40 keV.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which as a pattern characters, in particular alphanumeric or other characters, in the ornament body for identification be generated.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, in which ornamental structures as a pattern be generated.

6. The method according to any one of the preceding claims, in which in the beam path ionizing radiation a mask is positioned in front of the ornament body, the Openings are designed so that the radiation passing through the openings desired pattern generated in the ornamental body.

7. The method according to any one of claims 1 to S. in which a closely collimated or focused Beam of ionizing radiation is generated and controlled in the shape of the pattern relative to it the ornament body is moved to create the pattern.

8. The method according to claim 1, used in the X-ray radiation as ionizing radiation whose energy is at least 1 keV.

9. The method of claim 8, wherein a synchrotron radiation source is used.

10. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein an electron beam as an ionizing Radiation is used.

11. The method according to any one of claims 1 to 7, in which positron, proton, ion, Muon or neutron radiation is used as ionizing radiation

12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the energy of the ionizing Radiation is chosen to achieve a desired energy deposition distribution in the depth of the Ornamental body and thus a desired position and shape of the pattern in the depth direction to obtain.