[发明专利]在由不导电陶瓷材料制成的制品的表面上沉积装饰性和/或功能性金属层的方法

说明书

本发明涉及一种在由不导电陶瓷材料制成的成品或半成品制品的至少一部分表面上沉积装饰性和/或功能性层的方法，这种沉积方法包括下列操作：‑对所述制品的该至少一部分表面施以渗碳或渗氮处理，在此期间碳或氮原子在所述制品的至少一部分表面中扩散，然后‑在已经过渗碳或渗氮处理的所述制品的该至少一部分表面上，通过金属材料的电镀生长沉积装饰性和/或功能性层。

本发明的技术领域

本发明涉及在由最初不导电的陶瓷材料(initially electrically non-conductive ceramic material)制成的成品或半成品制品的至少一部分表面上通过电镀生长(galvanic growth)沉积装饰性和/或功能性金属层的方法。

本发明的技术背景

目前用于在由不导电材料如陶瓷制成的成品或半成品制品上通过电镀生长沉积装饰性和/或功能性层的技术在于首先至少在这种制品的表面的一部分上沉积粘附层(adhesion layer)，然后晶种层(seed layer)，两者都是导电的。通常通过物理气相沉积(也称为PVD的技术)制成的粘附层可例如由铬制成。在沉积粘附层后，沉积晶种层。使用与粘附层相同的技术或类似技术沉积的这种晶种层优选使用与用于生长装饰性或功能性层的材料相同的材料(例如金)制成。在沉积晶种层后，利用铬和金层的良好电导率在该制品的表面上通过电镀生长以厚层形式生长装饰性或功能性层。

上文简要描述的类型的方法例如用于由氧化锆ZrO₂制成的手表表圈(wristwatchbezels)的生产，在该表圈上构造由金或另一贵金属合金制成的嵌件(insert)。为此，预先在表圈上机械加工所需形状的凹槽。然后在表圈的整个表面上(包括在凹槽中)进行铬(粘附层)和金(晶种层)的薄层的PVD沉积，然后通过在晶种层上电镀通常基于金的合金而生长所需材料的厚层。最后，重新加工并机械抛光表圈的表面以除去过量的贵金属并将其仅留在凹槽中。

上述技术有利地能够在由不导电材料如陶瓷制成的成品或半成品制品上沉积功能性或装饰性层。但是，这种技术并非没有任何问题；其确实面临在氧化锆上的铬层和在铬层上的金层的层离问题，以致不得不弃置受这类问题影响的制品。同样地，物理气相沉积，作为相当定向的沉积技术，并非总能确保薄层完美匹配小尺寸结构的轮廓，如在手表的表圈中机械加工的凹槽。最后，由于在此处描述的情况中必须沉积不同性质的两种打底材料(primer materials)(例如用于粘附层的铬和用于晶种层的金)，必须提供具有用于两种不同材料的至少两个阴极的设备。但是，这样的设备是昂贵的。如果无法提供这样的装置，则始终有可能沉积第一粘附层，然后在进行二次沉积前破坏真空以便能够用金靶更换铬靶。但是，这样的操作冗长和因此昂贵，并且即使采取预防措施也无法保证其成功，因此如果第一次沉积在靶更换过程中当该制品再次接触空气时受到污染和/或沾污，这会导致第二薄层在第一薄层上的层离问题。

在解决这些问题的尝试中，已经提出对成品或半成品陶瓷制品的至少一部分表面施以还原反应以将其显著脱氧至预定深度并使其导电。例如借助通过氢气和中性气体的混合物的电离形成的等离子体进行还原反应。根据等离子体处理的持续时间，显著还原的陶瓷表面层从该制品的表面延伸到20nm至10μm的深度。这种还原步骤因此能够从制品表面向其中心建立具有陶瓷的氧亚化学计量(an oxygen sub-stoichiometry of the ceramic)的表面层。

表面层的脱氧使其变得导电。因此，在这种还原步骤后，可在变得导电的陶瓷制品的表面部分上电镀金属材料层以形成装饰性和/或功能性图案。