我們想了解更多關於這個相當複雜的領域,前提是諸位讀者和粉絲們在物理學、工程學和鐘錶學方面有著廣泛的認知,我們也是如此。
1. 以「不存在愚蠢的問題」為基礎開展工作
2. 假設我們中的許多人對這個問題知之甚少
讓我們來深入了解一下!
1.什麼是矽?
矽是一種化學符號為Si的元素。它是一種硬而脆的結晶固體,具有藍灰色的金屬光澤,被定義為「類金屬」,這意味著它具有介於金屬和非金屬元素之間的特性。擁有晶體結構,存在天然界中,且含量豐富(在沙中就可發現)。它的半導體特性(即介於導體和絕緣體之間)使其成為電子和微晶片領域的重要材料。

2.它的特性與其所取代的金屬零件有何不同?
我們的擒縱輪、擒縱叉和遊絲使用的材質是二氧化矽。純矽表面結構粗糙,不適合用在腕錶上。氧化後的矽表面光滑。二氧化矽具有很高的抗拉強度,比鋼輕75%。對於製錶業來說,這些特性非常重要,工程師可以創造出各種形狀,不受普通金屬製造技術(如銑削、沖壓、車削等)的限制。最後,二氧化矽擒縱機構零件的公差(精準度)比金屬零件高出約3倍。這種組合使得這種材料極具吸引力。

3.矽零件是如何生產的?
首先,矽片是用鑽石線精確切割矽錠製成的。矽錠是將純晶體矽熔化成垂直的圓柱形。在這種「Czochralski」製程(以其波蘭發明者Jan Czochralski命名)過程中,矽材料中會加入精確量的氧氣。切割後的矽片表面仍然很粗糙,需要透過「打磨」來獲得更精細的表面。然後進行化學機械拋光(CMP),最終達到亞奈米等級的光滑表面。
再來對每個矽晶片進行拋光,以獲得鏡面般的表面。然後使用DRIE(深反應離子蝕刻)製程對薄矽片進行蝕刻,並在遮罩後保留所需元件的形狀。

4.生產過程有多難?需要克服哪些關鍵障礙?
與大多數工業生產過程一樣,生產過程受產量的影響很大。作為一個獨立的小品牌,HORAGE 並不需要每天生產矽晶圓片。矽晶圓片是在反應器內生產的,每個矽晶圓片需要經過數百次蝕刻。矽晶圓片生產過程中的一個挑戰是,蝕刻過程並無法自然產生完美的90°垂直邊緣。
5. 矽零組件的設計是否有別於傳統零組件?
如前所述,矽材質的使用讓機芯設計師完全擺脫了成熟的金屬生產過程的限制。這既是好事,也是壞事-要自由地實現不同的形式,就必須具備與眾不同的創新思考能力。例如擺輪遊絲傳統上由軋鋼絲構成,材料特性、生產成本、製造限制和零組件性能都已經過幾個世紀的實踐和檢驗。離開這個舒適區是令人興奮的,它帶來了新的機遇,但同時也伴隨著風險。
以使用矽材質的擒縱叉為例,設計者可以拋棄安裝有兩顆拋光紅寶石的傳統鋼製零組件,而使用單一的矽材質零組件(其製造成本較傳統鋼製零組件要高出10倍)。這種更輕的零組件可以更快地加速、使用的能量也更少。但是將它(以及擒縱輪)固定在垂直金屬軸上又帶來全新的問題,這需要採用新的高精準度製程。製錶師必須先學會這些工藝,而這些工藝在傳統製錶教育中並不常見,也不曾被教導過。

6. HORAGE從什麼時候開始使用矽零組件?
HORAGE在2015年推出的首款自製機芯K1中開始使用矽擒縱技術。稍具微妙諷刺意味的是,我們腕錶中使用的矽零組件是自製機芯裡唯一不在瑞士製造的零組件。合作夥伴並不遙遠,位於德國西南部的黑森林。幸運的是,我們與德國合作夥伴合作生產的第一批零件即可以直接使用——K1 Nr.01號原型樣錶至今仍在運轉,而且迄今我們還沒有收到過因為矽零組件受損(例如撞擊)而被退回的機芯。
7.為什麼其他腕錶品牌或機芯製造商不使用矽零組件?
原因很多。首先,瑞士製錶業的特徵是走傳統主義路線——機械錶這種產品由遵循傳統主義者製造幾乎是合乎邏輯的,為什麼要去改變一個經過驗證且運作良好的產品呢?其次,複雜的國際專利涵蓋涉及在不同零組件中使用不同類型的矽材質,這限制住除了某些公司之外的大多數品牌使用這種材料。那些不願意去質疑這觀念的人只能等待專利到期,而專利到期時間是2022年。

8. 未來機芯的其它部分也會採用矽材質嗎?
矽材質零組件可以達到30:1的高寬比,表示零組件的垂直高度可以是寬度的30倍。
有些機芯零組件永遠無法用矽材質生產,例如主發條。這種彈簧需要產生很大的扭矩,而矽材質的材料特性無法產生這種能量。當然,齒輪傳動系統中的其它零件可以用這種材料製造,並具有上述相同的優點和成本。產品和製程優化工作永遠不會結束,也不會被束之高閣!我們的團隊一直在努力改進,從錯誤中學習,內部調試讓其更加完善。我們不會只滿足於50年前或更久之前的設計——請持續關注我們!
感謝Jonas、Pascal和Lenny分享他們的知識,希望你們也能學到新東西。
是否有我們遺漏的關於矽材質的問題? 請在評論中提出!
我們還應該深入探討哪些議題?請在評論中提出您的想法。