机械表的机芯为什么要用红宝石?

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红宝石

这里的红宝石指的是机芯上的红宝石,首先回答这些红宝石是真的吗?可以这么说,现在99.999999%机芯中的红宝石都是人造的,仅有朗格等极少数顶级品牌的腕表中,出于向制表传统致敬,偶尔也会给腕表配备少量真正的钻石。

在钟表发明之初及以后的一段时间里面,机芯擒纵机构、摆陀以及行轮系中各齿轮的旋转轴,都是直接与黄铜材质的主夹板或夹板相连接的。不仅很容易造成磨损。空气中的灰尘还很容易入侵到机芯内部,严重的甚至会影响到机芯的寿命。为了解决这个问题,1704年,NicolasFatio di Duillier, Peter Debaufre 和Jacob Debaufre首创宝石轴承,他们将宝石钻孔,然后将齿轮轴安放在孔洞之中,在一定程度上减小了机芯中齿轮与夹板之间的摩擦力。当时使用的宝石并不局限于红宝石,而是有钻石.蓝宝石.石榴石等。但是因为天热宝石成本过高,仅有高端钟表才会使用。并且由于天然宝石的大小无法确定,为了便于装配和更换天然宝石轴承,所以当时的钟表匠发明了黄金套筒。

但是宝石轴承过于昂贵的问题一直得不到解决,1885年,三位科学家利用融化的天然红宝石粉末与重铬酸钾合成,制造出“日内瓦红宝石”。直到1892年,其中一位科学家的助手,法国化学家Auguste Verneuil发明出了火焰熔融法,使人造红宝石成为可能。又经过了十多年的努力,Auguste Verneuil终于在1904年生产出了人造红宝石,并可大批量生产。人造红宝石在外观、成分以及硬度方面都与天然的红宝石相同,甚至由于不含有任何杂质,人造红宝石比普通的天然红宝石还要更加耐磨。从1940年开始,人造红宝石开始在整个制表行业内普及开来。该法一直沿用到现代,至今仍是世界生产人造宝石的主要方法,人称“维尔纳叶法”。

表内拥有的红宝石数目象征着表的品质,那么红宝石多就很好吗?回答是否定的。红宝石的数量并不是像很多人认为的那样,“多多益善”;当然更不是越少越好。一只普通基础机芯中的红宝石数量,有其适应机械原理、视觉效果等各方面的指标的“标准配置”。多数机芯的红宝石数量一般都是单数,这是因为擒纵系统中的的圆盘钉为单个,其他的红宝石基本上都是成对出现的。另外,红宝石并不仅仅出现在机械表中,一些石英机芯中也有,只是石英机芯因为自身结构关系,不需要太多的红宝石。所以,通常石英机芯中的红宝石数量,远低于机械机芯。

现在大多数腕表的表镜,用的是蓝宝石。不要觉得听起来很诱人,实际上腕表中的蓝宝石,和自然界的蓝宝石,可完全不是同一种东西。自然界的蓝宝石,是红宝石之外的各色宝石级刚玉的统称,珍贵而稀有。一颗真正的蓝宝石可以闪瞎眼,但蓝宝石表镜甚至没有颜色。腕表中的蓝宝石,又叫蓝宝石水晶,听起来高大上,看上去也很美,但它是人造的,且本质上是玻璃,也称蓝宝石水晶玻璃。

不过,虽然在实验室里可以很容易和便宜地生产出宝石级的蓝宝石,但其化学成分和物理性质与天然蓝宝石相同,主要成分是氧化铝(Al2O3)。不管是天然蓝宝石还是人工合成的蓝宝石,都是地球上最硬的物质之一,硬度可达莫氏9级在自然界除了钻石,再也没有比它更硬的东西了。这里说的是在自然界没有,并不是说在地球上没有。一些人造的硅碳化合物硬度也可以达到9级,也能划伤蓝宝石。很多建筑、装修材料也使用的是硅碳化合物,如人造石材等等,所以在这些地方如果发生摩擦是有可能在蓝宝石表镜上留下划痕的。而且蓝宝石本质上是玻璃,所以和玻璃一样比较脆,容易被打碎。

我们有时也会常见到“防眩蓝宝石”,经过防眩处理后的蓝宝石表镜能够减少99%进入肉眼的反射光,而起到这一作用的就是那层若隐若现的蓝膜。简单来说,防眩镜面就是在镜片上电镀多层膜又叫做多层膜或彩衣,常用于专业航空、潜水表或镜面弧度很大的表上。分双层防眩玻璃与单层防眩玻璃,差别在于前者为镜片内外两面皆电镀,后者则仅于玻璃内侧镀膜,两者效果差异不大。要注意的是镀膜是可以被擦掉的,因此不要用粗糙的物品清洁。


腕表时代

当初制表大师们之所以采用红宝石作为机芯轴承,其实完全是出于技术考虑,并不是所谓美观因素。

或许一些读者朋友并不了解,机械手表机芯的运作往往必须依靠各个齿轮不停地传递动力才能进行。而在比较早的时候,擒纵轮的擒纵叉、旋轴、摆轮轴杆,以及行轮系的轮子等都被旋入到机芯黄铜夹板的孔洞中,这些孔洞往往会带有小油槽,然后油会流入孔中润滑枢轴。这种做法虽然短时间内不会出现什么问题,但是时间一长,比较容易受到腐蚀,进而对机芯造成破坏。为了解决这个技术问题,制表大师们必须要找到一种比黄铜坚硬的材质,最终找到了硬度仅次于钻石的红宝石作为替代品。以下为鹅颈微调装置上的红宝石图。

但是因为红宝石太漂亮了,除了可以解决轴承磨损的问题,还可以提高机芯的颜值,所以很快就在全行业普及开来。而且,一般情况下,红宝石数量越多表示需要固定的部件越多,这也往往就意味着机芯越复杂,手表当然也就越贵。不过,今天机芯所用的红宝石基本上都是人造红宝石,而非天然红宝石。


腕表部落

因为红宝石耐磨。


机芯里面是各种齿轮⚙️转动运行来指示时间,而红宝石就是齿轮轴转动时的支撑,也就是轴承。

我们知道大型设备和机器上的转轴轴承一般都是滚珠轴承,最常见的就是自行车车轮的转动,中心轴两端是填满润滑油和滚珠的轴承,这样自行车轮子转动起来才顺畅,阻力小,我们骑车才省力。

对于钟表来说,虽然钟和怀表相对较大,但是那时候的齿轮轴也已经做到了0.1个毫米以下了,所以在技术不发达的时代,很难做出更小的滚珠来,所以从一开始钟表齿轮轴承就没有向滚珠这个方向考虑。


起先钟表师直接将金属轴放在夹板凹槽里,放上润滑油就转起来了,但是问题很快就出现了,轴尖很细,在夹板上很快就“钻”出来金属屑,而且轴尖也开始磨损,走时精度也变差,异响声音也越来越大,很短时间就需要更换维修。


所以必须找到坚硬耐磨的物质来做轴承才行,一开始,钻石这种自然界最坚硬的物质被拿来做轴承,解决了磨损问题。但钻石太贵,原料成本太高,加工也不容易,人工、机器成本也大幅上升;后来钟表师就找出硬度仅次于钻石的红宝石来,这样成本也降低,加工也相对容易,一直延续至今。

但今天的红宝石和以往不同,在人工合成刚玉技术诞生后,制作腕表的宝石轴承就更加容易便宜和容易。虽然人造刚玉可以做到纯净度很高,接近无色透明,但是为了保持传统和美观,业界仍将人造刚玉里添加着色剂,使其呈现红色,仍称为“红宝石轴承”。不过你细看,也会发现一些不同,红色并不相同,甚至有些会故意将色度调成紫色。除了耐磨,也是为了机芯的美观。


现在一些高级腕表,除了使用红宝石做轴承之外,为了彰显腕表的尊贵价值,仍会用到钻石做摆轮轴承,比如德国高级制表品牌朗格的陀飞轮腕表,陀飞轮轴承都是使用钻石。


卢曦采访手记

在钟表最初被发明的一段时间里,手表的机芯上是没有红宝石的,当然也没有其他任何宝石。在当时钟表里面的擒纵轮轴、发条轴和齿轮轴都是直接安放在机芯夹板的孔洞里面的。

但是由于擒纵轮轴.齿轮轴.发条轴都是直接安放在机芯夹板的孔洞之中,所以两者的摩擦非常大,在长期的使用过程中,会增加动力消耗和磨损轮轴,这样会对钟表的走时精度产生巨大的影响。

所以,到了1704年,三维钟表大师首创了宝石轴承,们将宝石钻孔,然后将齿轮轴安放在孔洞之中,在一定程度上减小了机芯中齿轮与夹板之间的摩擦力。当时使用的宝石并不局限于红宝石,而是有钻石.蓝宝石.石榴石..........之所以选用宝石,就是为了机械性能。

但是,新的问题又出现了,就是天然的宝石价格太贵了,并且大小不容易调整。如果单纯使用天然宝石的话,成本无疑会大大的增加。

后来,人们通过不断的技术研发,采用了已经流传到现在的人造红宝石。直至今天,机械手表的机芯上面的宝石,百分之九十九点就都是人造戴的红宝石。


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