高性能陶瓷在手表行業(yè)中的應(yīng)用

鐘 飛，鄔治平，傅偉猛，楊 麗

（依波精品（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

傳統(tǒng)的手表多以不銹鋼、銅、貴金屬等材料為主，這些材料具有硬度低、耐磨性差等缺點(diǎn)，在佩戴過程中極易出現(xiàn)劃痕，從而影響手表的外觀效果。1962年，瑞士RADO公司發(fā)布了手表歷史上第一次陶瓷手表Diastar，提出“永不磨損”的概念。自此，陶瓷材料以其具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在手表行業(yè)材料中逐漸發(fā)展壯大。與不銹鋼材料的手表相比，陶瓷手表的重量減輕了大約60%，其硬度約為不銹鋼材料的10倍，而且耐銹蝕和耐熱性能好，具有高硬度、不易磨損、永不褪色、不損肌膚的優(yōu)點(diǎn)。

1 高性能陶瓷的性能

高性能陶瓷又稱精細(xì)陶瓷，是指采用高度精制的原料、控制精確的組分、應(yīng)用先進(jìn)的制作工藝或精細(xì)加工、獲得高性能和高技術(shù)應(yīng)用的陶瓷。它既具有普通陶瓷材料堅(jiān)硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕和強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，還可以通過調(diào)整化學(xué)組分、晶體結(jié)構(gòu)，應(yīng)用特殊的成型燒結(jié)和處理技術(shù)、復(fù)合技術(shù)及精密加工，制得重量輕、強(qiáng)度高、硬度大、耐磨、自潤滑、超塑性、耐高溫、抗熱震、蠕變小、抗氧化、耐燒蝕、隔熱、絕緣、導(dǎo)電、半導(dǎo)性、磁性、集熱、熱輻射、聚光、透光、偏光、熒光、光反射、化學(xué)吸附、生物活性、耐腐蝕及功能轉(zhuǎn)換（壓電、光電、熱電等）等特殊功能的陶瓷材料。它是金屬和高分子無法比擬的第三大材料，已成為高溫工程、新能源、電子信息、宇宙開發(fā)、核技術(shù)、海洋開發(fā)、生物工程等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料，也是交通運(yùn)輸、冶金、化工、礦山、機(jī)械和建筑材料等國民經(jīng)濟(jì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不可缺少的材料[1]。

2 高性能在手表行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 ZrO2陶瓷材料在手表中的應(yīng)用

目前，手表行業(yè)使用最多的陶瓷材料是ZrO2陶瓷。將晶粒尺寸約為千分之一毫米的極細(xì)氧化鋯、稀土元素、粘合劑等混合均勻，然后進(jìn)行造粒，通過陶瓷粉末注射成型（CIM，CeramicInjection Modeling）可以得到預(yù)定的形狀，即通過這種方法得到表殼和表帶等配件的形狀，然后在特制的脫脂爐進(jìn)行脫脂，最后在燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。陶瓷表殼和表帶制作成型后，根據(jù)所要求表面效果進(jìn)行反復(fù)打磨拋光，最終形成潤滑的表面質(zhì)感。

2.2 彩色陶瓷材料在手表中的應(yīng)用

2.2.1 歐米茄彩色陶瓷手表

歐米茄先后推出了海馬系列之海洋宇宙彩色陶瓷手表，包括白色陶瓷、藍(lán)色陶瓷、黑色陶瓷、橙色陶瓷手表。

2.2.2 理查德·米勒綠色陶瓷手表、黑色陶瓷手表

2010年，理查德·米勒與巴巴·沃森合作發(fā)布了RM 038腕表。其獨(dú)特的綠色表殼采用了TZP-G陶瓷材質(zhì)，是一種由粉狀氧化鋁管在近2 000 Ba壓力下打造而成的。

2013年，其采用TZP-N陶瓷材質(zhì)生產(chǎn)手表。這種超堅(jiān)固黑色陶瓷材料的密度低至6 g/cm3。TZP-N材料是一種鋯含量達(dá)95%并加入穩(wěn)定金屬釔的金屬陶瓷。

2.2.3 香奈兒銀灰色鈦陶瓷手表

2011年，香奈兒所推出的J12 Chromatic鈦陶瓷手表將一種新的材料——鈦金屬與高科技精密陶瓷相融合，產(chǎn)生出與過往產(chǎn)品截然不同的色調(diào)——銀灰色。銀灰色鈦陶瓷看上去宛如閃爍的光環(huán)，微妙地捕捉了暴風(fēng)雨的天空和北極光的色彩，其光澤比黃金更生動(dòng)，色度比鉑金更濃郁。

2.2.4 勞力士綠色陶瓷手表、藍(lán)黑雙色陶瓷手表、紅藍(lán)雙色陶瓷手表

2005年，勞力士綠水鬼開始采用綠色陶瓷，直至2010年采用綠金陶瓷表盤。綠色表圈制作中，化學(xué)溶液浸漬是上色的關(guān)鍵步驟，化合物配方需均衡調(diào)配溶液的濃度和份量。勞力士“綠金”表盤其實(shí)是用彩色金著色的特種陶瓷。這項(xiàng)技術(shù)的原理是經(jīng)典的門捷列夫周期表第11類IB族金屬，利用原子結(jié)構(gòu)最外層電子層的自由電子誘導(dǎo)表面等離子體振子共振，產(chǎn)生可見光譜。勞力士制造出鮮艷欲滴的綠色表盤，是獨(dú)家技術(shù)。具體來說，就是使用結(jié)晶態(tài)的二氧化硅，避免了重結(jié)晶時(shí)發(fā)生團(tuán)聚。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得出：1 100～1 250℃時(shí)，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下燒結(jié)30 min到24 h（具體時(shí)間勞力士沒有公開）。勞力士自豪地宣布，使用結(jié)晶二氧化硅，得到的陶瓷顏色干凈而且色彩飽和[2]。

2013年，勞力士推出了GMT-MasterII型手表，采用了雙色Cerachrom藍(lán)黑陶瓷材質(zhì)字圈設(shè)計(jì)。

2014年，勞力士推出了格林尼治II型手表，采用了雙色Cerachrom紅藍(lán)陶瓷材質(zhì)字圈設(shè)計(jì)。其創(chuàng)新的著色工序，通過調(diào)整每顆陶粒的化學(xué)成分使得半邊紅色陶質(zhì)字圈變?yōu)樗{(lán)色。工藝步驟如下：①把代表夜間（18：00至次日06：00）的陶瓷字圈部分浸漬于特定分量的化合物溶液之中；②需經(jīng)過1600℃以上的高溫?zé)Y(jié)處理，并得出所需漸變過渡顏色；③在此燒制過程中，添加的化合物會(huì)與紅色Cerachrom陶質(zhì)字圈的基本元素產(chǎn)生反應(yīng)，形成最終的湛藍(lán)色調(diào)。這一做法看似簡單，但進(jìn)行前必須克服重重技術(shù)障礙：①調(diào)配，將紅色變成藍(lán)色的原始化合物溶液；②均勻地加入適當(dāng)分量的溶液；③確保兩個(gè)色區(qū)對(duì)比鮮明，界線清晰準(zhǔn)確；④決定實(shí)際的燒結(jié)時(shí)間和溫度，以免整個(gè)組件變形。以上各項(xiàng)因素對(duì)過程成敗及最終產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。

2.2.5 宇舶紅色陶瓷手表

2018年，宇舶表推出了明亮紅色陶瓷手表。其生產(chǎn)技術(shù)是將高壓力和高熱相融合，無需燒制顏料就能鍛造陶瓷。其陶瓷硬度可達(dá)1 500 HV2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)陶瓷1 200 HV2的硬度。

2.2.6 雷達(dá)玫瑰金色陶瓷手表

2018年，瑞士雷達(dá)表推出CERAMOSTM碳化鈦金屬陶瓷手表，其有玫瑰金色和鋼色兩種顏色。CERAMOSTM碳化鈦金屬陶瓷是由約90%高科技陶瓷和約10%金屬合金組成，在高壓下將材料注入精密模具中進(jìn)行燒結(jié)，最終硬度高達(dá)1700 HV。

2.3 超薄陶瓷材料、超輕陶瓷材料在手表中的應(yīng)用

2011年，瑞士雷達(dá)表True Thinline真我系列超薄款手表面世，成為全球最薄的高科技陶瓷腕表，樹立了雷達(dá)表應(yīng)用高科技陶瓷材質(zhì)的另一座里程碑。這款腕表結(jié)構(gòu)超薄，厚度僅為5 mm。該款腕表采用全球首創(chuàng)Ceramos陶瓷材質(zhì)，主要包括碳化鈦及金屬合金混合物，能承受高達(dá)1.0×108Pa的力，硬度在1 400～1 900 HV。

超薄手表生產(chǎn)采用了特殊的材質(zhì)工藝，對(duì)白色陶瓷組件進(jìn)行等離子處理。在溫度高達(dá)20 000℃的特殊設(shè)計(jì)熔爐中，等離子體柱激活的氣體會(huì)滲入到高科技陶瓷當(dāng)中，永久改變了高科技陶瓷表面的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)陶瓷本身的溫度達(dá)到900℃時(shí)，其顏色便會(huì)發(fā)生變化，逐漸散發(fā)出一種獨(dú)特的暖灰色金屬光澤。等離子碳化過程僅改變陶瓷表面的化學(xué)成分，不會(huì)改變其結(jié)構(gòu)，同時(shí)也不影響陶瓷屬性，使其如同白色與黑色高科技陶瓷一樣，保持原有的高硬度，以及不易磨損、輕盈和低過敏性等特點(diǎn)。雖然等離子高科技陶瓷只有表面顏色發(fā)生改變，但它并不會(huì)隨時(shí)間推移而褪色，而是常年閃耀其高科技光彩。

2016年，雷達(dá)推出Ultra Light超輕限量版手表。所使用的超輕高科技Si3N4陶瓷重量僅為雷達(dá)普通高科技陶瓷材質(zhì)的一半，手表重量僅有56 g。而且硬度更高，更為耐磨。

2.4 陶瓷復(fù)合材料在手表中的應(yīng)用

“魔力金（Magic Gold）”是由宇舶制表工廠與瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院于2011年底聯(lián)合研發(fā)推出的黃金與陶瓷復(fù)合貴金屬。

其制造工藝步驟如下：①粉末填充與生坯定型。把碳化硼陶瓷粉末導(dǎo)入硅質(zhì)模具中，然后通過2.0×108Pa的冷壓處理使陶瓷粉末成為陶瓷圓筒；②胚體燒結(jié)。把經(jīng)過冷壓處理的陶瓷圓筒放到這個(gè)特質(zhì)機(jī)器里面，通過2 200℃的高溫和1 MPa的壓強(qiáng)，使陶瓷微粒連結(jié)為堅(jiān)硬的整體；③黃金澆鑄。將24 K純金在1 100℃高溫下熔化成為液態(tài)后灌注至胚體中，由于陶瓷圓筒的分子與分子之間是有空隙的，所以黃金分子可以和陶瓷的分子相互融合。④最終融合成金。繼續(xù)施以高溫與高壓，直至黃金分子完全滲透和填滿陶瓷圓筒胚體的每個(gè)空隙，完成二者之間的無縫融合，最終煉成堅(jiān)硬無比的魔力金。

3 結(jié)語

目前，已有多種陶瓷材料在手表行業(yè)中得到應(yīng)用。未來透明陶瓷技術(shù)、熱電陶瓷技術(shù)、光電陶瓷技術(shù)均有希望在手表行業(yè)得到應(yīng)用，讓我們期待高性能陶瓷在手表行業(yè)的更多經(jīng)典應(yīng)用。