个性化珠宝合金及其制造方法

马库斯·施皮勒

2009年12月9日

2007年12月3日

2006年12月15日

马库斯·施皮勒

A44C27/00GK101600811SQ200780050743

个性化 珠宝 合金 制造

1.一种通过源自有机体的含碳基材实现金属材料个性化的方法，包括以下步骤a.将至少源自一位特定可明确识别的人或一群特定可明确识别的人的含碳有机基材转换成富碳原料，优选为碳化原料，和；b.将至少一部分原料采用物理化学方法导入至金属材料中2. 根据权利要求1所述方法，其中，原料至少导入至金属材料部 分晶体结构内，和/或至少部分不同晶体结构之间3. 根据权利要求1或2所述方法，其中，至少部分原料与金属材 料形成混合晶体、中间相或碳化物4. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，基材含有源自人或 动物角蛋白，优选地，基材优选源自头发、皮毛、指甲或其混合物5. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，基材取自于至少一 位特定可明确识别的人或一群特定可明确识别的人，并且明确指定其来 源6. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，碳化原料是通过对 基材进行炭化、焦化或石墨化而获得7. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，原料中碳所占重量百分比在45%~100%之间，优选70%~100%，尤其优选75%~95%8. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，原料磨成粉状或细 颗粒状，优选，颗粒尺寸小于50目9. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，金属材料是一种第 一组材料构成的合金，优选硅、钛、钒、铬、铁、铌、钼、钽和鸽及其 合金，以及第二组材料构成的合金，优选金、银、铜及其合金，原料主 要被导入至第一组材料中10. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，个性化金属材料或 第一组材料构成的个性化金属材料中，源自原料中的碳所占重量百分比 至少0.5%,优选1 10%，更优选1.2 5%11. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，至少部分原料通过 扩散方法导入金属材料中12. 根据前述任一项权利要求所述方法，其中，扩散在隔绝空气、 低于金属材料熔点的温度下进行13. 根据权利要求11或12所述方法，其中，金属材料呈预先制成 的象征性制品的形状14. 根据权利要求1 10任一项所述方法，其中， a.碳化原料在第一温度范围Tl内与金属材料熔体混合，随后；b.在冷却至第二温度范围T2内的过程中，至少部分原料结合 至部分金属材料熔体中，并在剩余的金属材料熔体中，结晶形成第二种 混合物，优选为混合晶体、中间相或碳化物15. 根据权利要求14所述方法，其中，进一步冷却至第二温度范 围T2之下时，剩余的金属材料熔体和第二种混合物固化成一种装饰合 金16. 根据权利要求14所述方法，其中，在尚未将温度冷却至第二 温度范围T2之下时，金属材料熔体被通过一种成型方法被加工成一种 象征性制品，优选浇铸法17. 根据权利要求1 10任一项所述方法，其中，原料溶解或分散 于金属材料熔体中，在熔体结晶过程中，原料迅速冷却，从而被导入金 属材料内部或其间18. 根据权利要求14~17任一项所述方法，其中，熔炼和浇铸在一 个配有真空室的感应炉、与空气隔绝的环境中进行19. 一种个性化装饰合金，包括一种至少部分为晶体结构的金属材 料，其中富碳原料，优选碳化原料，通过被物理地和化学地导入到至少 部分金属材料的晶体结构中，原料由取自于至少一位特定可明确识别的 人或 一群可明确识别的人的有机基材20. 根据权利要求19所述个性化装饰合金，其中，原料含有源自人或动物的角蛋白被碳化而产生的碳，优选焦化21. 根据权利要求19或20所述个性化装饰合金，其中，富碳原料 或碳与金属材料至少形成部分混合晶体、中间相或碳化物22. 根据前述任一项权利要求所述个性化装饰合金，其中，装饰合 金中来自原料中的碳所占重量百分比至少0.5%，优选10%，更优选 1.2~5%

本发明涉及一种按照专利权利要求1前序部分所述实现金属材料个性化的方法，以及按照专利权利要求19前序部分所述个性化装饰合 金个性化或个人化的象征性制品，如珠宝、饰品和纪念品，是人类基 本需求很多人希望拥有一件独特的、个人的饰品，以展示自己的与众 不同，或是表达与他人或另一生命体之间的重要关系或^f关系制作个人 化饰品第一步是对标准饰品进行机械加工，如雕刻，这通常需要花费很 长时间在这个工艺过程中，例如，可以将结婚双方的名字和结婚纪念 日刻在婚戒上但实际上，与结婚对象存续的这种联系仅体现在纯理想 和精神上因而这种方法制作成的饰品与期望对象之间缺乏直接的物质 联系或实质性联系甚至在数千年前，人类的这种需求就促进了这种饰品在许多文化中 的发展例如，在饰品中适当的容置空间里存放某个人的一绺头发在 保管遗物的圣坛(sacred sphere )中就有很多这样的饰品但目前在西 方国家文化中，保存人体部件，如骨头或牙齿，在一定程度上已成为一 种禁忌，甚至带有些恐怖的色彩因而，必须寻求其他替代品为此，日本专利申请JP2002085116公开了一种饰品，将人的头发 通过树脂嵌进饰品上开的一个小孔里该饰品尽管与期望对象建立了物质上的联系，但艺术家或金匠的创作自由却受到很大限制，因为他必须 为树脂/头发混合物提供足够大的容置空间而且由于饰品和嵌入的树脂 /头发混合物很容易被分离开，所以与饰品依旧缺乏紧密联系专利申请US2002/0025392描述了 一种利用含有人或动物骨灰的玻 璃来生产纪念品的方法骨灰与一种玻璃形成添加剂进行混合，然后加 工成粉末，继而将生成的玻璃制成纪念品该生产工艺中，骨灰会造成 玻璃中出现一些杂质由此，用户会认为玻璃及其纪念品制作不够精 细，已经被骨灰所污染因而，这些纪念品很难被市场所接受专利申请WO03/008084披露了 一种用人或动物中所含碳生产人造 宝石的工艺方法人或动物遗体在火化时会产生碳骨灰过滤后，进行 面素净化，然后将其石墨化制得石墨后，采用传统的升华技术生产宝 石WO2006/082259披露了另 一种生产个人化人造宝石或钻石的工艺方 法部分碳是将人或动物所含角蛋白，如一缕头发，碳化后所获得这 些宝石的缺点之一是价格昂贵，主要是由于生产工艺繁杂所致人造个 人化宝石的生产工艺相当复杂，需要大量的原料、复杂的提纯工艺和生 产设备而且，由于结构上的原因，这些宝石不能作为普通装饰物使 用德国公开的专利DE1255629则提供了 一种将至少部分含有人或动物 毛发的原料进行碳化后生产富碳原料的方法专利US6382111B1描述了另一种用火化残余物(例如人或动物火 化后的骨头和骨灰)生产纪念品的方法根据说明书和专利权利要求1 所述，该技术非常关键的一步是煅烧残余物，以除去大部分有机成分和 碳 一个实施例中指出，将以这种方式煅烧后的骨灰添加至金属熔体 中骨灰与金属不相溶合，且由于骨灰密度较低，因而会漂浮在金属 上，金属冷却后，骨灰沉淀在最终产品的表面之上冷却后，最终产品 进一步被机械加工成一个金属薄片，将载有骨灰的一侧;改置在一起，通 过冷挤压使至少部分骨灰进入金属材料中在另一个实施例中，专利 US6382111B1描述的生产方法是将铜粉和细颗粒煅烧骨灰进行混合，并 添加PVA粘结剂将该混合物冷挤压后，加热熔化进行冷却后，对 熔有骨灰的铜进行抛光这种通过将骨灰机械地压入金属材料中，再用 该金属材料制作饰品的方法所生产出的个性化饰品存在4艮多缺点骨灰 仅是通过机械力结合在饰品的表面或内部，耐久性或材料兼容性能就会 差一些；在冷却状态下，加工形成的个性化外形也非常有限，而也不可 能在加热状态下或对金属熔体进行加工，因为如此以来，骨灰与金属会 呈分离状态且浮在其上面因而，本发明的目的是提供一种实现金属材料个性化的方法，且该 方法能克服上述所有缺点本发明另一个目的是制作一种个性化金属材料，由于其性能经过改 进，故而可适于生产象征性制品这种新材料加工方式简单、生产成本 低、且可以进行少量生产，不会限制工艺师的创作自由，可随意进行设 计本发明的目的通过独立权利要求1和19所述方法和装饰合金的才支 术特征得以实现从属权利要求2~18和20~22要求保护的主题则相应 地界定了的发明构思本发明的关键技术是将有机碳通过物理化学方法结合于金属材料 中，这种金属材料用以生产象征性制品或至少含有部分该金属材料的象 征性制品本发明中，将金属材料制成个性化的装饰合金，再进一步加 工成个性化饰品或纪念品；或是先预制饰品或纪念品，然后再实现个性 化为简便起见，本申请所述术语"装饰合金"，除非另有说明外，还包 括预先制成的象征性制品，如珠宝、饰品和纪念品生产个性化装饰合金的原料是一种含碳有机基材，这种基材源自于 可明确识别的个体或群体根据本发明生产方法，将这种基材转化成一 种富碳原料基材源自于可明确识别的个体或群体，优选可明确识别的 一个人或一群人为简便起见，下文仅用术语"某人"，尽管如此，除非 另有说明外，还包括一群人，如结婚夫妇，或动物，如家畜，或一群动 物源自某人的可明确识别的基材能够确保最终生产的金属装饰合金或 象征性制品与预期对象之间建立有物质上的直接联系和个性化的联系实现金属材料个性化或个人化的方法包括非常关键的两个步骤一 方面，将源自某人的可明确识别的有机基材转化成富碳原料，优选碳化 原料；另一方面，采用物理化学方法将富碳原料或碳化原料，尤其是原 料中所含碳，结合于金属材料中该工艺所用原料主要是作为一种碳 源本文中所指术语"金属材料，，至少包括纯金属、金属合金、假合金假合金是金属或碳化物的混合物，其在室温下至少部分呈晶体状 态，即一种具有晶体或金属晶格结构或不同晶格结构的固体优选，珠 宝生产领域一般技术人员，尤其是金匠，所了解的金属材料本发明所述装饰合金生产中，至少有部分原料通过物理化学方法结 合至金属材料中，优选，以间隙方式导入或溶于金属材料晶体结构中 在这种情况下，直接导入金属材料晶格结构中，或直接导入部分晶格结 构中，和/或导入不同晶格结构之间边界层中，或者部分不同晶格结构之 间的边界层中导入步骤包括至少部分原料，优选碳化原料，与金属材 料形成富碳混合晶体、中间相或碳化物，或直接溶解于金属材料中导 入完成后，原料和金属材料相互之间会发生物理化学作用原料或碳成功富集或植入于金属材料中后，可以通过重量测定法进 行检测在这种情况下，对金属材料、装饰合金或象征性制品在富集或 导入原料或碳前后的重量进行准确测定，可以确定结合于金属材料中的 原料或碳所占的重量百分比另 一种能准确测量富集碳的方法是发射光 镨测定法(电感耦合等离子体发射光语法)，该方法广泛应用于冶金或 材料测试领域中金属材料，优选，如铝A1、硅Si、钛Ti、钒V、铬Cr、锰Mn、铁 Fe、铌Nb、钼Mo、钽Ta、鴒W、把Pd或钼Pt这些金属材料分为两 种性能截然不同的材料 一种能结合结合大量碳，优选，重量百分比至 少为0.5%;另一种能与其他金属形成合金，如金Au、银Ag或铜Cu 后一种是珠宝生产时所采用的传统材料，其本身不能结合碳，或仅能结 合非常少量的碳，例如重量百分比不超过2%的碳无论其形状、构造(设计)和大小如何，必须要弄清楚那些饰品或 饰品构件对于某人具有特殊象征意义，尤其是对男人或女人例如，一 件珠宝或一件饰品(戒指、手表、音乐盒)、 一件纪念品(金属熔块、 钥匙扣、钥匙、刀、相框、奖章、高脚杯)、 一个幸运星(硬币)或护 身符原料被导入至金属材料中，然后将全部或部分金属材料制成一件或多件象征性制品；或原料被导入至已经制成一件或多件象征性制品的金 属材料中根据本发明所述，源自某人的含碳有机基材被转化成富碳原料，优 选碳化原料如有必要，在转化成原料的过程中提高基材的碳含量，也 就是说同步进行或者再随后的另一工艺步骤中进行优选，通过基材的 炭化、焦化或石墨化实现基材的碳化或碳富集根据本发明另一个实施 例，甚至焚化或火化的残余物都可以作为基材，对其进行提纯和处理， 作为原料使用总之，原料中碳的重量百分比优选45% 100% ，更优选 70% 100%,尤其优选75°/~95%依据一个较佳实施例，原料粉石爭成末 或细颗粒状，颗粒尺寸小于50目本发明中用以生产原料的基材，优选人、动物，甚至根据需要，可 以是植物材料，只要其明确属于某特定人，如一位结婚对象或一个家 禽，或其确属一群人，如一个家庭的成员或一对结婚夫妇或几个动物根据较佳实施例，所选基材是人或动物的含角蛋白的材料，如头发、皮 毛、指曱或其混合物从至少 一个特定可明确识别的人中选取有机基材，需要注意以下几个问题a. 谁来选择基材，即哪个个体(女人或男人)或那个群 体来选择？(例如，死者或结婚夫妇的亲属)b. 基材源自于哪个人？(例如，死者的头发或碳化的焚 化残余物，或结婚夫妇的头发)本发明关键之处在于，原料明确的由基材转化而成，而基材又源自 于一个特定可明确识别的人，所以通过本发明的方法将原料导入金属材 料中，由此获得的装饰合金和/或象征性制品含有与特定可明确识别的人 相关联的物质进而需要选择的是全部或部分用以生产装饰合金或象征性制品的金 属材料，以及用个性化金属材料制成的象征性制品根据另 一个较佳实施例，如果金属材料包含有第 一组材料构成的合 金和第二组材料的构成合金，原料优先导入第一组材料这里，第一组 材料与第二组材料有着显著的区别，第 一组材料更适合于富集原料或原 料中的碳，或者说原料优先或主要被第一组材料所结合结合导入至金属材料或第 一组金属材料中的原料所占百分比，可以通过 对形成的碳化物所占化学计量比计算出来，其重量百分比范围是小于等于0.5%至大于等于45%,例如对SiC重量百分比为42.8%如果金属材 料或第一组金属材料与原料没有形成能够按化学配比计算其含量的碳化 物，而碳是以间隙导入或间隙溶解的方式进入金属材料中，那么原料的 重量百分比可能会达到几个百分比，优选1~10%，尤其优选1.2~5%本发明中，用以生产个性化装饰合金或个性化象征性制品的基材及 富碳原料，尤其是其中的碳组分，优选，通过人或动物角蛋白碳化或焦 化后获得实现金属材料个性化或个人化的方法可能也适用于另一种能被以类 似方式被导入至金属材料中的原料，例如富氮原料和碳相类似，氮能 插入或溶解至金属材料的晶格结构间隙中如前所述，将原料或碳导入至金属材料中，主要是通过物理和化学 激活机制，或原料和金属材料之间进行的物理和化学相互作用这可以 通过析晶或溶解时发生的扩散或渗碳得以实现粉末状或细颗粒状原料 的颗粒尺寸小于50目，这能促使在析晶或溶解之前，原料在金属材料 中的扩散，以及原料和金属材料的充分混合众所周知，渗碳过程中碳化原料与金属材料相互作用相互作用所 需时间和条件取决于金属材料的性能，在低于金属材料熔点的温度下可 能会进行数小时，甚至数天原料中的碳扩散至金属材料中，与其形成 混合晶体、中间相或碳化物为了防止或降低原料和/或金属材料被氧 化，优选，至少部分扩散在隔绝空气的条件下进行，即在氧含量最低的 条件下进行在950C下，经过8小时的扩散，碳在低碳铁或低碳钢表面lmm内的所占质量百分比可达1 1.2/0由于渗破是在金属材料熔点之下进行，所以渗碳工艺也非常适合于 制成品的个性化工艺，即也可适用于预先制成的金属质或含有金属的珠 宝或象征性制品的个性化工艺在析晶工艺中，原料与金属材料在超过金属材料熔点的第一温度范 围Tl相互混合，例如超过金属材料熔点300C 400C然后将该第一 混合物冷却至第二温度范围T2第二温度范围T2，例如，可以比金属 材料熔体析晶温度高100C 150C，使得析晶金属材料完全熔化，析晶 即指比完全转变(固化)成具有晶体结构的金属固体但在第二温度范 围T2，会有部分原料随着部分金属材料熔体析出晶体，并形成含有混合 晶体、中间相或碳化物的第二种富碳混合物第二温度范围T2保持的 时间越长、越准确，就会有越多的原料被结合在金属材料中当温度进 一步降低至第二温度范围T2之下时，仍会有金属材料熔体，第二混合 物则完全析晶由于密度较低，未被结合的原料会残留在已结晶的材料 表面，例如形成一种渣，其很容易被去除掉析晶工艺适合于能在结晶过程中结合碳至其晶格结构中或两晶格结 构边界区域内的金属材料析晶工艺也是一种生产包括有第 一和第二材 料组的金属材料或装饰合金的优选方法，原料更优先或更多地被结合至 其中的一组材料中，两组材料同时结晶，即两组材料完全混合并形成合 金特别是，第一组材料包括金属碳化物，如硅、钛、钒、铬、铁、 铌、钼、钽和鴒或其混合物(合金)，可与第二组金属材料，如金、 银、铜或其混合物，形成合金本领域技术人员可以根据测量或计算好的相图，选择所有优选金属材料的保温点，即第一温度范围TI和第二温度范围T2溶解工艺中，原料中的碳直接以原子形式结合或溶解至金属材料熔 体，随后快速冷却熔体冷却结晶过程中，原料中的碳来不及再次聚 合，仍以原子形式分布和结合在金属材料晶格间隙中溶解工艺适合于 与原料或碳未能形成或未能充分形成混合晶体、中间相或碳化物的金属 材料这类金属材料的代表是镁、钯和铂铂通过这种方式能结合重量 百分比为1.2%的碳至其晶格中析晶和溶解工艺中，原料导入都是在金属材料完全或部分熔融的状 态下进行所以，这些方法适合于生产装饰合金，例如装饰用的线材或 坯料，也适合于装饰合金或最终象征性制品的浇铸工艺根据本发明的较佳实施例，在配有真空室的感应炉内进行熔炼和浇 铸，即主要在空气隔绝的条件下进行，以防止和尽可能降低氧化反应的 发生感应加热中的熔体处于对流和自然流动状态，促进原料与金属材 料的充分机械混合，以防止不同密度材料的偏析因而，原料中大部分 碳被结合至金属材料中所使用的坩埚或铸模不含外来碳源，也就是 说，例如，不能采用含有石墨的坩埚或铸^f莫以下结合实施例对本发明作进一步具体描述，但本发明的构思并不 局限于此实施例第一实施例是通过渗碳工艺将一种已经预先制成的含铁纪念品进行 个人化或个性化纪念品与粉末状碳原料共同密封在一个容器中该原 料是通过将一位特定可明确识别人的头发焦化后而获得容器加热数小时或数天，如8 10小时，直到温度达到介于600C至铁的熔点之间的 温度， 一般加热至950C该工艺过程中，原料中的碳扩散至铁中，厚 度达几个毫米，通常为0.8 1.2mm通过这种方法，铁中富集的碳在化 学计量上最高可达6.67% (重量百分比)第二实施例是采用析晶法生产一对个性化的金/钬婚戒，原料取自于 一对结婚夫妇金和钛按任何重量比充分混合并形成稳定的混合晶体 含有18开金的一对金/钬婚戒采用的粉末混合料的构成为(按重量百分 比计)75%金和22%钛以及所含碳至少占混合料3%的原料在一个 感应炉中，混合料被加热至2000°C (在第一温度范围Tl内)，形成熔 体，通过2小时感应对流，充分混和并均匀化随后，炫体^皮冷却至 1800°C (在第二温度范围T2内)，并在该温度下保温2小时，以确保 碳化物结晶然后，浇铸两个婚戒，获得的18克拉金/钛合金组织均 匀、晶粒细化，且含碳2 3% (按重量百分比计)第三实施例是采用溶解法生产含铂的个性化手表在一个感应炉中 粉末状富碳原料溶解于铂中，温度超过铂/碳共晶温度，约为1730C 浇铸时，将熔体快速冷却至共晶温度之下，约有1.2%的碳(按重量百分 比计)结合在铂晶格的间隙中采用传统的方法加工结合有碳的柏可 以通过与金和银合金化，降低铂/碳混合物共晶温度，或通过与鴒合金 化，提高共晶温度