浅谈硅游丝的应用和维修注意事项

文 / 陈瑞祥

浅谈硅游丝的应用和维修注意事项

文 / 陈瑞祥

钟表是记录时间的仪器，是人类智慧和科技结合的产物，有人说钟表的发展史就是一部人类技术和材料科学的发展史。到了21世纪更多性能优越的材料运用到钟表设计和机心零部件的制作上，而这其中以硅材料在擒纵系统特别是摆轮游丝上的应用最为亮眼。

擒纵系统是机械钟表的核心部分，游丝为腕表机心中擒纵系统的关键部件，同时也是机心中生产难度最高的部件。游丝的品质影响着整枚机心的走时精度，因此对于制作游丝的材料有极高的要求，对于游丝的基本要求是：1.具有稳定的弹性特征；2.较小的温度系数（热弹性系数）；3.良好的防磁性能和抗蚀性能；4.螺距相等；5.游丝的中心应尽量与几何中心一致，防止偏心等等。自从有钟表以来，制表师们便一直努力探索研发钟表的摆轮游丝，从17世纪英国“航海天文钟”搭载圆柱状游丝（桶形游丝）的摆轮游丝系统开始；到了18世纪，钟表大师亚伯拉罕宝玑先生发明了宝玑式上饶游丝，这种游丝很好的解决了游丝同心度问题并使游丝体积变小；1896年瑞士物理学家夏尔·爱德华·纪尧姆（C. E. Guillaume）发明了一种因瓦合金（invar），这种合金在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象（负反常），从而可以在室温附近很宽的温度范围内，获得很小的甚至接近零的膨胀系数，这种合金被用于目前大部分的钟表做游丝材料使用；进入21世纪以后，雅典、百达翡丽、劳力士等几个大品牌以及斯沃琪集团已经开始研发新一代的游丝，并且都不约而同的以硅晶体为基础材质。

我们如今的生活环境，充斥着越来越多的磁场，腕表面临着越来越高的挑战：既要抗磁性，又要耐冲击，同时还要保证精准的走时。大多数金属受到磁场影响之后自身便会带有一些磁性。对于腕表机心来说，这虽然算不上“毁灭性”，但却严重影响日常使用。硅是继氧气之后在大自然中最为常见的元素，相当于地壳成分的28%，它属于晶体也就是非金属，密度相当于钢的1/3,具有较高的硬度、抗磁与高度抗腐蚀的特点，因此比钢等金属材料更加轻盈与坚固。用硅材料做游丝的好处有：1、硅没有铁磁性，这对手表的工作稳定性非常重要。2、硅的密度比金属低很多，而扬氏模量却和金属相近，因此用硅做游丝会变得更轻，就有更小的转动惯量，更节省能量。3、硅游丝的加工是采用DRIE刻蚀（深反应离子刻蚀），基于微机械系统的工艺决定了硅游丝具有传统游丝无法企及的线宽精准性，可以制作出特别形状的游丝，同时减轻重量，从而改善手表的等时性误差。4、用硅来制作擒纵叉，擒纵轮以及游丝，能够保证他们在无需润滑的情况下顺畅运作。由于硅游丝的特性具有密度轻、抗腐蚀、抗磁等特点，且还可以通过集成电路生产的刻蚀方式高精度批量制造，因此越来越多的普及到高端制表当中。包括雅典、百达翡丽、宝玑、欧米茄和劳力士等表厂都开始使用硅游丝。

2001年，雅典品牌推出搭载使用硅晶体材质双向擒纵的Freak奇想卡罗素手表，成为第一个将硅用作手表机心零件的品牌。雅典的硅游丝是通过蚀刻技术，将整片的硅原料以一体成型的方式，蚀刻成游丝的造型；百达翡丽2006年推出spriomax硅游丝，这种硅游丝以及游丝脑部都是一体形成的，并且设计了一种创新的末端“曲线”，明显增厚了摆轮游丝的外末端，驱使摆轮游丝同心运动，在整个震动平面上规律均衡的朝着同一中心扩张、收缩。欧米茄于2012年开始普及Si14硅油丝，两年后劳力士推出 “Syloxi”硅游丝，未来将全面替代蓝铌游丝。

雅典表奇想蓝幽灵陀飞轮的硅制双向擒纵机构高复杂度零件制造：传统游丝的制造是先将棒料反复拉长至所需直径，然后压扁，再卷起来。而雅典已经能够直接用硅材料制造这种高度复杂的零件了。

2008年百达翡丽推出了Silinvar®擒纵叉、擒纵轮、游丝组成的Pulsomax®硅制擒纵装置，它的最大特点是：

·无需润滑即可提升可靠程度

·在提高等时性的基础上，优化

走时精度

·提高瑞士传统马式(杠杆式)擒纵

装置的效率

·通过提高擒纵装置的效率使动

力储备增加30%(动力储备为48小时的腕表现在可以运行62个小时)

结果：摆幅稳定性提高，走时精度得到长期改进

欧米茄Si14硅游丝

劳力士“Syloxi”硅游丝

虽然各大厂家的制作过程以及加工的硅游丝外形不尽相同，但是它具有的抗磁，抗震，抗腐蚀，造型完美且具有极佳的抗温差能力，满足了钟表工艺技术上对游丝所有的基本要求，而且效果也得到了印证。

硅材质在手表游丝上的使用不仅提高了手表的防磁性能、抗腐蚀性能、也大大提高了手表的使用寿命，但是由于硅材料的特殊性也存在一定的缺点：1、硅是一种脆性材料，尽管在40微米左右的线宽下我们观察到了硅游丝可以做正负360度的转动而没有任何问题，但在实际应用中，硅游丝会突然断裂。2、硅游丝的加工技术限制了一旦游丝成型，维修技师对其形状是不能进行任何调整。

针对采用硅游丝擒纵系统机心的特点，维修时应该注意几点事项：1、硅游丝出现问题的时候，由于硅材质的特殊性状，只能更换不能调整。2、在拆装硅游丝摆轮时，镊子不能直接用力夹硅游丝的接触面，否则很容易断裂。3、硅材质摆轮游丝不能长时间泡在汽油里，这样也会造成断裂。4、清洗硅游丝时可以在干净的汽油里浸一下，不需要烘干加热 。5、硅游丝安装的时候也需要特别注意，掌握力度做到轻夹轻放。实际操作中硅游丝摆轮的安装，比如百达翡丽5961P腕表，28-520机心维修时，它的摆轮游丝是以Silinvar材料制成的Spiromax硅游丝，取代了擒纵机构中体积较大的宝玑双层游丝，由于新型硅游丝环形接触面比较大，所以摆轮硅游丝安装到下面摆轴下榫位置时力度需要控制好，力度过大很容易损坏硅游丝。

自从有钟表以来，制表师们便一直与游丝的几大“天敌”做抗争。摆轮游丝从复杂化到简单化又到复杂化见证了钟表技艺的回归与精湛技术的传承。硅材料在钟表机心上应用的历史已有十多年，事实证明目前硅游丝确实是替代传统游丝，克服诸多缺陷的理想材料。人类的科技和材料科学总是不断更新发展，制表师们也不断与时俱进锐意创新，相信不久的将来将会有更好的材料更好的技术运用到钟表上来服务大众。