淺談硅游絲的應(yīng)用和維修注意事項(xiàng)

文 / 陳瑞祥

淺談硅游絲的應(yīng)用和維修注意事項(xiàng)

文 / 陳瑞祥

鐘表是記錄時(shí)間的儀器，是人類(lèi)智慧和科技結(jié)合的產(chǎn)物，有人說(shuō)鐘表的發(fā)展史就是一部人類(lèi)技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展史。到了21世紀(jì)更多性能優(yōu)越的材料運(yùn)用到鐘表設(shè)計(jì)和機(jī)心零部件的制作上，而這其中以硅材料在擒縱系統(tǒng)特別是擺輪游絲上的應(yīng)用最為亮眼。

擒縱系統(tǒng)是機(jī)械鐘表的核心部分，游絲為腕表機(jī)心中擒縱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，同時(shí)也是機(jī)心中生產(chǎn)難度最高的部件。游絲的品質(zhì)影響著整枚機(jī)心的走時(shí)精度，因此對(duì)于制作游絲的材料有極高的要求，對(duì)于游絲的基本要求是：1.具有穩(wěn)定的彈性特征；2.較小的溫度系數(shù)（熱彈性系數(shù)）；3.良好的防磁性能和抗蝕性能；4.螺距相等；5.游絲的中心應(yīng)盡量與幾何中心一致，防止偏心等等。自從有鐘表以來(lái)，制表師們便一直努力探索研發(fā)鐘表的擺輪游絲，從17世紀(jì)英國(guó)“航海天文鐘”搭載圓柱狀游絲（桶形游絲）的擺輪游絲系統(tǒng)開(kāi)始；到了18世紀(jì)，鐘表大師亞伯拉罕寶璣先生發(fā)明了寶璣式上饒游絲，這種游絲很好的解決了游絲同心度問(wèn)題并使游絲體積變??；1896年瑞士物理學(xué)家夏爾·愛(ài)德華·紀(jì)堯姆（C. E. Guillaume）發(fā)明了一種因瓦合金（invar），這種合金在磁性溫度即居里點(diǎn)附近熱膨脹系數(shù)顯著減少，出現(xiàn)所謂反常熱膨脹現(xiàn)象（負(fù)反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度范圍內(nèi)，獲得很小的甚至接近零的膨脹系數(shù)，這種合金被用于目前大部分的鐘表做游絲材料使用；進(jìn)入21世紀(jì)以后，雅典、百達(dá)翡麗、勞力士等幾個(gè)大品牌以及斯沃琪集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)新一代的游絲，并且都不約而同的以硅晶體為基礎(chǔ)材質(zhì)。

我們?nèi)缃竦纳瞽h(huán)境，充斥著越來(lái)越多的磁場(chǎng)，腕表面臨著越來(lái)越高的挑戰(zhàn)：既要抗磁性，又要耐沖擊，同時(shí)還要保證精準(zhǔn)的走時(shí)。大多數(shù)金屬受到磁場(chǎng)影響之后自身便會(huì)帶有一些磁性。對(duì)于腕表機(jī)心來(lái)說(shuō)，這雖然算不上“毀滅性”，但卻嚴(yán)重影響日常使用。硅是繼氧氣之后在大自然中最為常見(jiàn)的元素，相當(dāng)于地殼成分的28%，它屬于晶體也就是非金屬，密度相當(dāng)于鋼的1/3,具有較高的硬度、抗磁與高度抗腐蝕的特點(diǎn)，因此比鋼等金屬材料更加輕盈與堅(jiān)固。用硅材料做游絲的好處有：1、硅沒(méi)有鐵磁性，這對(duì)手表的工作穩(wěn)定性非常重要。2、硅的密度比金屬低很多，而揚(yáng)氏模量卻和金屬相近，因此用硅做游絲會(huì)變得更輕，就有更小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，更節(jié)省能量。3、硅游絲的加工是采用DRIE刻蝕（深反應(yīng)離子刻蝕），基于微機(jī)械系統(tǒng)的工藝決定了硅游絲具有傳統(tǒng)游絲無(wú)法企及的線寬精準(zhǔn)性，可以制作出特別形狀的游絲，同時(shí)減輕重量，從而改善手表的等時(shí)性誤差。4、用硅來(lái)制作擒縱叉，擒縱輪以及游絲，能夠保證他們?cè)跓o(wú)需潤(rùn)滑的情況下順暢運(yùn)作。由于硅游絲的特性具有密度輕、抗腐蝕、抗磁等特點(diǎn)，且還可以通過(guò)集成電路生產(chǎn)的刻蝕方式高精度批量制造，因此越來(lái)越多的普及到高端制表當(dāng)中。包括雅典、百達(dá)翡麗、寶璣、歐米茄和勞力士等表廠都開(kāi)始使用硅游絲。

2001年，雅典品牌推出搭載使用硅晶體材質(zhì)雙向擒縱的Freak奇想卡羅素手表，成為第一個(gè)將硅用作手表機(jī)心零件的品牌。雅典的硅游絲是通過(guò)蝕刻技術(shù)，將整片的硅原料以一體成型的方式，蝕刻成游絲的造型；百達(dá)翡麗2006年推出spriomax硅游絲，這種硅游絲以及游絲腦部都是一體形成的，并且設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的末端“曲線”，明顯增厚了擺輪游絲的外末端，驅(qū)使擺輪游絲同心運(yùn)動(dòng)，在整個(gè)震動(dòng)平面上規(guī)律均衡的朝著同一中心擴(kuò)張、收縮。歐米茄于2012年開(kāi)始普及Si14硅油絲，兩年后勞力士推出 “Syloxi”硅游絲，未來(lái)將全面替代藍(lán)鈮游絲。

雅典表奇想藍(lán)幽靈陀飛輪的硅制雙向擒縱機(jī)構(gòu)高復(fù)雜度零件制造：傳統(tǒng)游絲的制造是先將棒料反復(fù)拉長(zhǎng)至所需直徑，然后壓扁，再卷起來(lái)。而雅典已經(jīng)能夠直接用硅材料制造這種高度復(fù)雜的零件了。

2008年百達(dá)翡麗推出了Silinvar?擒縱叉、擒縱輪、游絲組成的Pulsomax?硅制擒縱裝置，它的最大特點(diǎn)是：

·無(wú)需潤(rùn)滑即可提升可靠程度

·在提高等時(shí)性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化

走時(shí)精度

·提高瑞士傳統(tǒng)馬式(杠桿式)擒縱

裝置的效率

·通過(guò)提高擒縱裝置的效率使動(dòng)

力儲(chǔ)備增加30%(動(dòng)力儲(chǔ)備為48小時(shí)的腕表現(xiàn)在可以運(yùn)行62個(gè)小時(shí))

結(jié)果：擺幅穩(wěn)定性提高，走時(shí)精度得到長(zhǎng)期改進(jìn)

歐米茄Si14硅游絲

勞力士“Syloxi”硅游絲

雖然各大廠家的制作過(guò)程以及加工的硅游絲外形不盡相同，但是它具有的抗磁，抗震，抗腐蝕，造型完美且具有極佳的抗溫差能力，滿(mǎn)足了鐘表工藝技術(shù)上對(duì)游絲所有的基本要求，而且效果也得到了印證。

硅材質(zhì)在手表游絲上的使用不僅提高了手表的防磁性能、抗腐蝕性能、也大大提高了手表的使用壽命，但是由于硅材料的特殊性也存在一定的缺點(diǎn)：1、硅是一種脆性材料，盡管在40微米左右的線寬下我們觀察到了硅游絲可以做正負(fù)360度的轉(zhuǎn)動(dòng)而沒(méi)有任何問(wèn)題，但在實(shí)際應(yīng)用中，硅游絲會(huì)突然斷裂。2、硅游絲的加工技術(shù)限制了一旦游絲成型，維修技師對(duì)其形狀是不能進(jìn)行任何調(diào)整。

針對(duì)采用硅游絲擒縱系統(tǒng)機(jī)心的特點(diǎn)，維修時(shí)應(yīng)該注意幾點(diǎn)事項(xiàng)：1、硅游絲出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，由于硅材質(zhì)的特殊性狀，只能更換不能調(diào)整。2、在拆裝硅游絲擺輪時(shí)，鑷子不能直接用力夾硅游絲的接觸面，否則很容易斷裂。3、硅材質(zhì)擺輪游絲不能長(zhǎng)時(shí)間泡在汽油里，這樣也會(huì)造成斷裂。4、清洗硅游絲時(shí)可以在干凈的汽油里浸一下，不需要烘干加熱 。5、硅游絲安裝的時(shí)候也需要特別注意，掌握力度做到輕夾輕放。實(shí)際操作中硅游絲擺輪的安裝，比如百達(dá)翡麗5961P腕表，28-520機(jī)心維修時(shí)，它的擺輪游絲是以Silinvar材料制成的Spiromax硅游絲，取代了擒縱機(jī)構(gòu)中體積較大的寶璣雙層游絲，由于新型硅游絲環(huán)形接觸面比較大，所以擺輪硅游絲安裝到下面擺軸下榫位置時(shí)力度需要控制好，力度過(guò)大很容易損壞硅游絲。

自從有鐘表以來(lái)，制表師們便一直與游絲的幾大“天敵”做抗?fàn)?。擺輪游絲從復(fù)雜化到簡(jiǎn)單化又到復(fù)雜化見(jiàn)證了鐘表技藝的回歸與精湛技術(shù)的傳承。硅材料在鐘表機(jī)心上應(yīng)用的歷史已有十多年，事實(shí)證明目前硅游絲確實(shí)是替代傳統(tǒng)游絲，克服諸多缺陷的理想材料。人類(lèi)的科技和材料科學(xué)總是不斷更新發(fā)展，制表師們也不斷與時(shí)俱進(jìn)銳意創(chuàng)新，相信不久的將來(lái)將會(huì)有更好的材料更好的技術(shù)運(yùn)用到鐘表上來(lái)服務(wù)大眾。