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百家競秀 矽水長流(一):矽材質和製錶的關係

矽材質近年來被廣泛應用在高級製錶產業,甚至連向來保守十分抗拒新物料的日內瓦印記也為矽材質開了另一扇門,究竟它有什麼和傳統製錶不一樣的魅力呢?

 

Ulysse Nardin雅典錶於2015年正式推出突破傳統思維設計之《雅典船錨陀飛輪》Ulysse Anchor Tourbillon,配備以8年時間研發出的獨家矽製「雅典錨式恆定擺動式擒縱裝置」( Ulysse Anchor Escapement ),透過擒縱裝置的作用,使平衡擺輪不受外力影響而能恆定擺動,無論儲備動力多寡,都能確保運轉恆定不變,且不會產生磨擦損耗,確保裝置持久性能,使瑞士雅典錶在致力於機械腕錶穩定度與精準度的歷史劃下一頁完美紀錄。

 

矽材質起源

矽材質於1787年由被尊為「近代化學之父」的法國化學家Antoine Lavoisier在鑽石中發現,並在1823年首度被認定為一種元素。矽在外觀上帶有灰藍色金屬光澤,質地堅硬卻易碎。由於矽是地殼上總質量(25.7%)僅次於氧的第二大元素,產量大且取得容易,加上容易高純度化、可自由調整電阻率等優點,因此成為半導體產業的主要材料。

 

 

矽零件製程

矽材質應用於製錶的製作過程其實和半導體十分類似,都是先將矽晶棒切至指定厚度,加工磨平後在表面以氧化矽膜包覆形成矽晶圓,接著透過微影製程(photolithography)在矽晶圓上曝光和顯影出游絲輪廓,再按此輪廓蝕刻出游絲。在此過程中還要再次塗覆氧化矽作為保護,並將蝕刻後的矽游絲表面氧化以得到最終硬度和導熱率。

 

 

矽材質優勢

一、抗磁性

矽材質在腕錶中最為人所熟知的優勢在於其抗磁性,機芯中負責控制頻率的擒縱系統在受磁後對走時精準度影響特別明顯,而現代生活中四處充滿了磁力,尤其是常見的皮包磁扣對擒縱裝置影響尤其劇烈。若是游絲或擒縱叉、擒縱輪等重要零件以不含金屬的矽材質製成,便不會受到磁力影響,精準度自然提升。

 

 

二、溫度調節

除了磁力外,溫差可說是機械錶最大的天敵。腕錶機芯的心臟——游絲靠著不斷張縮來控制擺輪頻率,環境中的溫度變化將導致金屬製的游絲熱漲冷縮,進而影響張縮幅度使走時失準。矽的化學結構具有相當高的熱穩定性,不易因溫度變化而改變其性質,而矽游絲製程中的氧化步驟更可進一步降低溫差對游絲的影響。

 

 

三、形狀塑造

矽材質在製作時必須以深反應式離子蝕刻技術(DRIE)來將游絲等零件的輪廓時刻出來,這也讓零件成品能夠更精準地達到提高等時性的幾何形狀。此外,DRIE也能隨心所欲地在游絲的不同部位做出不同的厚度,以便將等時性最大化。更重要的是,以此方法製作出來的游絲或任何零件,公差非常小,品質皆可維持在高水準,這也是傳統游絲製作所無法企及的優勢。

 

 

四、耐用度

傳統機械機芯除了精準度較容易受外在環境影響外,耐用度也是一個隱憂。試想一只腕錶的擒縱叉與擺輪軸心每小時要來回接觸上萬次,想不磨損都難。矽材質卻擁有極高硬度與耐磨特性,甚至被許多工廠用來製作研磨倒角用的砂輪,以矽材質製作機芯零件,既可強化零件耐用度,亦可延長保養年限。

 

 

下一篇文章,我們將一一介紹將矽材質帶入錶壇的重要推手品牌,包括Patek Philippe、Breguet、Ulysse Nardin和Omega等,以及他們的成就。