Способ маркировки ценных изделий

СПОСОБ МАРКИРОВКИ ЦЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Изобретение относится к способам маркировки ценных изделий, преимущественно драгоценных камней, в частности ограненных алмазов (бриллиантов), и может быть использовано для идентификации изделий. В способе маркировки ценных изделий на полированной поверхности образуют оптически видимое в отраженном свете изображение метки путем модифицирования ионным пучком с заданной энергией ионов маркируемого участка этой поверхности. В процессе модифицирования преобразуют структуру поверхностного слоя основы с возможностью изменения оптических свойств модифицированных участков по отношению к оптическим свойствам необработанных участков маркируемой поверхности. Модифицирование маркируемого участка осуществляют импульсным ионным пучком через маску-трафарет путем ионной имплантации модификатора в кристаллическую решетку в области маркируемого участка поверхностного слоя основы без разрушения ковалентных связей между атомами решетки и,соответственно, без нарушения исходного рельефа этого слоя. Упомянутое изменение оптических свойств маркируемого участка обеспечивают путем использования в качестве модификатора такого материала, ионы которого изменяют комплексный показатель преломления материала основы при их имплантации в его кристаллическую решетку в качестве примесных добавок.RU-C2-2161093 НИЗИЕНКО ЮРИЙ КОНСТАНТИНОВИЧ (RU) 016643 Область техники Изобретение относится к способам маркировки ценных изделий, преимущественно драгоценных камней, в частности ограненных алмазов (бриллиантов) и может быть использовано для их идентификации. Предшествующий уровень техники Из уровня техники известен способ создания и визуализации оптически невидимой метки, согласно которому поверхность исследуемого объекта предварительно полируют. На полированной поверхности образуют оптически невидимое изображение метки путем модифицирования по меньшей мере одного участка этой поверхности. В результате модифицирования поверхности изменяется поверхностная энергия модифицируемых участков. Затем осуществляют визуализацию упомянутого изображения метки за счет создания в зоне упомянутой поверхности исследуемого объекта метастабильной среды. Посредством этой среды изображение метки получают в виде различия структур, образованных частицами стабильной фазы метастабильной среды, на участках поверхности с различной поверхностной энергией(WO 02/089041, C1, ЕР 1391841) . К недостаткам данного известного способа следует отнести зависимость качества изображения от загрязнения исследуемой поверхности. Следует также отметить, что данная маркировка с конденсатом целесообразна тогда, когда размеры модифицируемых участков больше размеров типичных капель конденсата. Если размеры штрихов или точек, образующих метку, сравнимы с типичными размерами капель конденсируемой воды (510 мкм),то проявляются недостатки маркировки, выраженные в малой контрастности и быстром исчезновении изображения после визуализации. Таким образом, область использования такой метки ограничена вышеуказанными условиями. Наиболее близким к заявленному способу является способ маркировки алмазов сфокусированным ионным пучком. Согласно данному способу поверхность алмаза предварительно полируют. На полированной поверхности образуют оптически видимое (с помощью специальных оптических средств) в отраженном свете изображение метки. Изображение образуют путем модифицирования маркируемого участка этой поверхности с помощью сфокусированного ионного пучка с энергией ионов больше 10 кэВ, преимущественно 3050 кэВ, в результате которого изменяют структуру поверхностного слоя основы с возможностью изменения оптических свойств модифицированных участков по отношению к оптическим свойствам необработанных участков маркируемой поверхности. Предварительно на полированную поверхность алмаза наносят тонкий слой проводящего материала, например золота, для снятия заряда, образующегося на его поверхности от ионного пучка. Изображение метки формируют посредством непрерывного сканирования заданных участков поверхности сфокусированным ионным пучком, с помощью которого разрушаются связи соседних атомов кристаллической решетки, с последующим химическим травлением этих участков, например, нитридом натрия и частичным удалением материала основы, т.е. с изменением рельефа исходной полированной поверхности изделия за счет образования канавок (US, N 6391215). К недостаткам данного известного из уровня техники способа целесообразно отнести следующее. В связи с тем, что модифицирование осуществляют путем непрерывного сканирования формирующих изображение метки участков поверхности изделия сфокусированным ионным пучком с высокой энергией ионов, на этих участках происходит разрушение межатомных связей в кристаллической решетке алмаза. Вследствие этого материал основы приобретает графитоподобную структуру, на месте которой при травлении образуются шероховатые выемки, обеспечивающие светорассеяние (диффузное отражение света). Однако, с учетом того, что различие в коэффициентах преломления сред алмаз-воздух сравнительно невелико, выемки, формирующие изображение, должны быть достаточно глубокими для получения контрастного изображения в отраженном свете, порядка 30 нм и более. В противном случае изображение будет практически неразличимым в отраженном свете. Нарушение целостности полировки поверхности, т.е. наличие фактически микрогравировки явно изменяет товарный вид изделия, что влечет за собой снижение стоимости изделия. По этой причине резко сокращается область применения этой маркировки. Кроме того, в ряде случаев необходимо изменить метку. В этом случае приходится обеспечивать дополнительную шлифовку алмаза на глубину ранее сформированной метки, т.е. 30 нм и более. К недостаткам способа можно также отнести и соответствующие сложности технологического процесса модифицирования. Объясняется это тем, что сфокусированный ионный пучок с необходимой (вышеуказанной) энергией ионов можно получать и использовать лишь в высоком вакууме (более 10-6 Тор). Кроме того, в способе необходимо использовать трудомкий и проблемный для экологической среды процесс, в котором сначала кислотой удаляют слой золота, а затем используется нитрид натрия при температуре 380-550C в течение часа для удаления материала с частично разрушенными межатомными связями. Таким образом, вышеперечисленные недостатки ограничивают область использования известного из уровня техники способа.-1 016643 Раскрытие изобретения В основу заявленного изобретения положена задача расширения области использования способа путем создания на маркируемой поверхности изделия долговечной оптически видимой в отраженном свете метки, т.е. видимой с помощью оптического микроскопа с высоким качеством изображения, в частности контрастности и пространственного разрешения, за счет изменения оптических свойств маркируемого участка путем использования в качестве модификатора такого материала, ионы которого изменяют комплексный показатель преломления материала основы при их имплантации в его кристаллическую решетку без нарушения целостности полировки, а также за счет уменьшения влияния загрязнений маркируемой поверхности на контрастность изображения и повышения технологичности осуществления способа. Поставленная задача решается посредством того, что в способе маркировки ценных изделий, согласно которому на полированной поверхности образуют оптически видимое в отраженном свете изображение метки путем модифицирования маркируемого участка этой поверхности ионным пучком с заданной энергией ионов; в процессе модифицирования преобразуют состав поверхностного слоя основы с возможностью изменения оптических свойств модифицированных участков по отношению к оптическим свойствам необработанных участков маркируемой поверхности, согласно изобретению модифицирование маркируемого участка осуществляют импульсным ионным пучком через маску-трафарет путем ионной имплантации модификатора в кристаллическую решетку в области маркируемого участка поверхностного слоя основы без разрушения ковалентных связей между атомами решетки и, соответственно, без нарушения исходного рельефа этого слоя, а упомянутое изменение оптических свойств маркируемого участка обеспечивают путем использования в качестве модификатора такого материала, ионы которого изменяют комплексный показатель преломления материала основы при их имплантации в его кристаллическую решетку. Оптимально комплексный показатель преломления материала основы изменять в сторону увеличения его мнимой составляющей, характеризующей поглощение падающего света, и, соответственно, увеличивать интенсивность отраженного излучения (по аналогии, как это происходит при отражении света от металлов). В качестве примесных добавок (модификатора) для маркировки алмаза целесообразно использовать ионы бора или ионы инертных металлов (преимущественно благородных). Разумно имплантацию примесных добавок в кристаллическую решетку осуществлять путем использования ионов модификатора с энергией менее 10 кэВ, преимущественно 5-6 кэВ. Лучший вариант осуществления изобретения Заявленный способ осуществляется следующим образом. В способе маркировки на полированной поверхности образуют оптически видимое в отраженном свете изображение метки путем модифицирования маркируемого участка этой поверхности ионным пучком с заданной энергией ионов. В процессе модифицирования преобразуют состав поверхностного слоя основы с возможностью изменения оптических свойств модифицированных участков по отношению к оптическим свойствам необработанных участков маркируемой поверхности. Модифицирование маркируемого участка осуществляют импульсным ионным пучком через маскутрафарет путем ионной имплантации модификатора в кристаллическую решетку в области маркируемого участка поверхностного слоя основы без разрушения ковалентных связей между атомами решетки и,соответственно, без нарушения исходного рельефа этого слоя. Упомянутое изменение оптических свойств маркируемого участка обеспечивают путем использования в качестве модификатора такого материала, ионы которого изменяют комплексный показатель преломления материала основы при их имплантации в его кристаллическую решетку. Оптимально комплексный показатель преломления материала основы изменять в сторону увеличения его мнимой составляющей, характеризующей поглощение падающего света и, соответственно, увеличивать интенсивность отраженного излучения, т.е. коэффициент отражения. В качестве примесных добавок целесообразно использовать ионы бора или инертных (преимущественно благородных) металлов. Разумно имплантацию примесных добавок в кристаллическую решетку осуществлять путем использования ионов модификатора с энергией менее 10 кэВ, преимущественно 5-6 кэВ. Таким образом, в процессе реализации заявленного способа обеспечивается максимум изменения показателя преломления материала в области модифицированных участков маркируемой поверхности,которое фактически дает изменение величины коэффициента отражения преимущественно в сторону увеличения. Например, при ионной имплантации в поверхность алмаза ионов бора он на модифицированных участках приобретает полупроводниковые свойства. При этом резко меняется показатель преломления модифицированных участков, в результате чего при реализации метки заявленным способом ее изображение в отраженном свете выглядит более светлым по отношению к не модифицированным участкам поверхности основы изделия, так как модифицированные участки имеют значительно больший коэффициент отражения.-2 016643 Таким образом, для очень мелких изображений, для которых мало эффективен способ невидимой маркировки (WO 02/089041, C1, ЕР 1391841), целесообразно иметь видимую в отраженном свете метку,однако полученную без удаления материала и без нарушения целостности полировки изделия. То есть целесообразно иметь метку, полученную за счет изменения показателя преломления материала посредством модифицирования исходного материала на участках, формирующих изображение метки, и, как следствие, резкого увеличения коэффициента отражения на модифицированных участках. При ионной имплантации, реализуемой в заявленном изобретении, полировка поверхности не нарушается, т.е. нарушение рельефа поверхности отсутствует. Режим ионной имплантации без нарушения межатомных связей кристаллической решетки определяется следующими параметрами процесса. Энергия отдельного иона, используемого для имплантации, лимитируется необходимой глубиной метки. В оптимальном случае, при глубине метки в пределах 5-6 нм, энергия используемых ионов должна находиться в пределах 10 кЭв, преимущественно 5-6 кЭВ. Упомянутый режим имплантации определяется также дозой имплантированных ионов, т.е. количеством имплантированных ионов на единицу поверхности. Кроме того, упомянутый режим характеризуется также интенсивностью имплантации ионов, т.е.,дозой имплантированных ионов за единицу времени. Таким образом, для формирования в поверхности изделия заявленной метки (метки без нарушения целостности поверхностного слоя) необходимо оперировать именно вышеуказанными технологическими параметрами, которые возможно получить при импульсном облучении поверхности, например, через маску-трафарет. Отраженная от модифицированных участков часть падающего излучения наблюдается в видимом свете даже при глубине модифицированного слоя материала в несколько нанометров. Тонкая пленка загрязнения, всегда образующаяся на поверхности основы изделия, является оптически прозрачной как для отраженного, так и для падающего излучения и слабо влияет на контрастность метки, полученной заявленным способом, что является существенным преимуществом заявленного технического решения по отношению к прототипу. Для заявленного способа важен темп подачи энергии пучка (т.е. доза поглощаемого излучения, деленная на время). В изобретении доза поглощаемого излучения набирается материалом основы постепенно (импульсно), в связи с чем исключается разрушение поверхности основы на модифицируемых участках, т.к. дозы излучения в одном импульсе недостаточно для разрушения межатомных ковалентных связей кристаллической решетки материала изделия, например алмаза. Режим облучения подбирается эмпирическим путем. Для реализации заявленного способа не требуется высокого вакуума, т.к. облучение осуществляется не сфокусированным ионным пучком с энергией ионов менее 10 кэВ в импульсном режиме. Это и отсутствие химического травления повышает технологичность способа. Энергия ионов определяет глубину модифицированного слоя в несколько нанометров, достаточную для долговременного, практически вечного использования метки на поверхности алмаза. В ряде случаев изображение метки требуется видоизменить, например, при смене владельца изделия. Согласно заявленному изобретению метка может проникать на глубину от нескольких нанометров до 10 нм без нарушения рельефной структуры поверхностного слоя, в связи с чем, при необходимости ее изменения, она достаточно просто удаляется полированием. Метка является долговечной, так как модифицирование участков поверхности объекта с изменением коэффициента преломления, например, полученная с помощью импульсных ионных пучков инертных металлов приводит к стабильному изменению состава и структуры поверхности с измененным коэффициентом преломления. Пример конкретной реализации патентуемого способа На полированной поверхности алмазного образца было сформировано скрытое для невооруженного глаза, но оптически видимое в отраженном свете с использованием микроскопа изображение метки в виде надписи и цифр путем модифицирования участков поверхности образца с помощью импульсного ионного пучка (ионов бора), пропущенного через маску-трафарет. Испытания, проведенные в течение одного года с исходной меткой, не выявили уменьшения контраста метки. Метка также является устойчивой к механическому истиранию, действию кислот и различных химических реагентов (растворителей). Промышленная применимость Таким образом, заявленное изобретение может найти широкое применение в различных областях науки и техники для осуществления записи-считывания идентификационной информации. В частности,может быть использовано преимущественно для маркировки алмазов весом менее 0,3 карат. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ маркировки ценных изделий, согласно которому на полированной поверхности образуют оптически видимое в отраженном свете изображение метки путем модифицирования маркируемого уча-3 016643 стка этой поверхности ионным пучком с заданной энергией ионов; в процессе модифицирования преобразуют структуру поверхностного слоя основы с возможностью изменения оптических свойств модифицированного участка по отношению к оптическим свойствам необработанных участков маркируемой поверхности, отличающийся тем, что модифицирование маркируемого участка осуществляют импульсным ионным пучком через маску-трафарет путем ионной имплантации модификатора в кристаллическую решетку в области маркируемого участка поверхностного слоя основы без разрушения ковалентных связей между атомами решетки и, соответственно, без нарушения исходного рельефа этого слоя, а упомянутое изменение оптических свойств маркируемого участка обеспечивают путем использования в качестве модификатора такого материала, ионы которого изменяют комплексный показатель преломления материала основы при их имплантации в его кристаллическую решетку в качестве примесных добавок. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что комплексный показатель преломления материала основы изменяют в сторону увеличения его мнимой составляющей, характеризующей поглощение падающего света, и, соответственно, увеличивают интенсивность отраженного излучения. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве примесных добавок используют ионы бора или ионы инертных металлов. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что имплантацию примесных добавок в кристаллическую решетку осуществляют путем использования ионов модификатора с энергией менее 10 кэВ, преимущественно 5-6 кэВ.