高性能陶瓷在手表行业中的应用

2019-11-29邬治平傅伟猛

科技与创新 2019年4期

钟飞，邬治平，傅伟猛，杨丽

（依波精品（深圳）有限公司，广东深圳 518000）

传统的手表多以不锈钢、铜、贵金属等材料为主，这些材料具有硬度低、耐磨性差等缺点，在佩戴过程中极易出现划痕，从而影响手表的外观效果。1962年，瑞士RADO公司发布了手表历史上第一次陶瓷手表Diastar，提出“永不磨损”的概念。自此，陶瓷材料以其具有的独特优势，在手表行业材料中逐渐发展壮大。与不锈钢材料的手表相比，陶瓷手表的重量减轻了大约60%，其硬度约为不锈钢材料的10倍，而且耐锈蚀和耐热性能好，具有高硬度、不易磨损、永不褪色、不损肌肤的优点。

1 高性能陶瓷的性能

高性能陶瓷又称精细陶瓷，是指采用高度精制的原料、控制精确的组分、应用先进的制作工艺或精细加工、获得高性能和高技术应用的陶瓷。它既具有普通陶瓷材料坚硬、耐磨、耐高温、抗腐蚀和强度较高等优点，还可以通过调整化学组分、晶体结构，应用特殊的成型烧结和处理技术、复合技术及精密加工，制得重量轻、强度高、硬度大、耐磨、自润滑、超塑性、耐高温、抗热震、蠕变小、抗氧化、耐烧蚀、隔热、绝缘、导电、半导性、磁性、集热、热辐射、聚光、透光、偏光、荧光、光反射、化学吸附、生物活性、耐腐蚀及功能转换（压电、光电、热电等）等特殊功能的陶瓷材料。它是金属和高分子无法比拟的第三大材料，已成为高温工程、新能源、电子信息、宇宙开发、核技术、海洋开发、生物工程等高技术产业的基础材料，也是交通运输、冶金、化工、矿山、机械和建筑材料等国民经济传统产业不可缺少的材料[1]。

2 高性能在手表行业中的应用

2.1 ZrO2陶瓷材料在手表中的应用

目前，手表行业使用最多的陶瓷材料是ZrO2陶瓷。将晶粒尺寸约为千分之一毫米的极细氧化锆、稀土元素、粘合剂等混合均匀，然后进行造粒，通过陶瓷粉末注射成型（CIM，CeramicInjection Modeling）可以得到预定的形状，即通过这种方法得到表壳和表带等配件的形状，然后在特制的脱脂炉进行脱脂，最后在烧结炉中进行高温烧结。陶瓷表壳和表带制作成型后，根据所要求表面效果进行反复打磨抛光，最终形成润滑的表面质感。

2.2 彩色陶瓷材料在手表中的应用

2.2.1 欧米茄彩色陶瓷手表

欧米茄先后推出了海马系列之海洋宇宙彩色陶瓷手表，包括白色陶瓷、蓝色陶瓷、黑色陶瓷、橙色陶瓷手表。

2.2.2 理查德·米勒绿色陶瓷手表、黑色陶瓷手表

2010年，理查德·米勒与巴巴·沃森合作发布了RM 038腕表。其独特的绿色表壳采用了TZP-G陶瓷材质，是一种由粉状氧化铝管在近2 000 Ba压力下打造而成的。

2013年，其采用TZP-N陶瓷材质生产手表。这种超坚固黑色陶瓷材料的密度低至6 g/cm3。TZP-N材料是一种锆含量达95%并加入稳定金属钇的金属陶瓷。

2.2.3 香奈儿银灰色钛陶瓷手表

2011年，香奈儿所推出的J12 Chromatic钛陶瓷手表将一种新的材料——钛金属与高科技精密陶瓷相融合，产生出与过往产品截然不同的色调——银灰色。银灰色钛陶瓷看上去宛如闪烁的光环，微妙地捕捉了暴风雨的天空和北极光的色彩，其光泽比黄金更生动，色度比铂金更浓郁。

2.2.4 劳力士绿色陶瓷手表、蓝黑双色陶瓷手表、红蓝双色陶瓷手表

2005年，劳力士绿水鬼开始采用绿色陶瓷，直至2010年采用绿金陶瓷表盘。绿色表圈制作中，化学溶液浸渍是上色的关键步骤，化合物配方需均衡调配溶液的浓度和份量。劳力士“绿金”表盘其实是用彩色金着色的特种陶瓷。这项技术的原理是经典的门捷列夫周期表第11类IB族金属，利用原子结构最外层电子层的自由电子诱导表面等离子体振子共振，产生可见光谱。劳力士制造出鲜艳欲滴的绿色表盘，是独家技术。具体来说，就是使用结晶态的二氧化硅，避免了重结晶时发生团聚。经过反复试验得出：1 100～1 250℃时，在氮气或氩气保护下烧结30 min到24 h（具体时间劳力士没有公开）。劳力士自豪地宣布，使用结晶二氧化硅，得到的陶瓷颜色干净而且色彩饱和[2]。

2013年，劳力士推出了GMT-MasterII型手表，采用了双色Cerachrom蓝黑陶瓷材质字圈设计。

2014年，劳力士推出了格林尼治II型手表，采用了双色Cerachrom红蓝陶瓷材质字圈设计。其创新的着色工序，通过调整每颗陶粒的化学成分使得半边红色陶质字圈变为蓝色。工艺步骤如下：①把代表夜间（18：00至次日06：00）的陶瓷字圈部分浸渍于特定分量的化合物溶液之中；②需经过1600℃以上的高温烧结处理，并得出所需渐变过渡颜色；③在此烧制过程中，添加的化合物会与红色Cerachrom陶质字圈的基本元素产生反应，形成最终的湛蓝色调。这一做法看似简单，但进行前必须克服重重技术障碍：①调配，将红色变成蓝色的原始化合物溶液；②均匀地加入适当分量的溶液；③确保两个色区对比鲜明，界线清晰准确；④决定实际的烧结时间和温度，以免整个组件变形。以上各项因素对过程成败及最终产品的质量至关重要。

2.2.5 宇舶红色陶瓷手表

2018年，宇舶表推出了明亮红色陶瓷手表。其生产技术是将高压力和高热相融合，无需烧制颜料就能锻造陶瓷。其陶瓷硬度可达1 500 HV2，远远超过传统陶瓷1 200 HV2的硬度。

2.2.6 雷达玫瑰金色陶瓷手表

2018年，瑞士雷达表推出CERAMOSTM碳化钛金属陶瓷手表，其有玫瑰金色和钢色两种颜色。CERAMOSTM碳化钛金属陶瓷是由约90%高科技陶瓷和约10%金属合金组成，在高压下将材料注入精密模具中进行烧结，最终硬度高达1700 HV。

2.3 超薄陶瓷材料、超轻陶瓷材料在手表中的应用

2011年，瑞士雷达表True Thinline真我系列超薄款手表面世，成为全球最薄的高科技陶瓷腕表，树立了雷达表应用高科技陶瓷材质的另一座里程碑。这款腕表结构超薄，厚度仅为5 mm。该款腕表采用全球首创Ceramos陶瓷材质，主要包括碳化钛及金属合金混合物，能承受高达1.0×108Pa的力，硬度在1 400～1 900 HV。

超薄手表生产采用了特殊的材质工艺，对白色陶瓷组件进行等离子处理。在温度高达20 000℃的特殊设计熔炉中，等离子体柱激活的气体会渗入到高科技陶瓷当中，永久改变了高科技陶瓷表面的分子结构。当陶瓷本身的温度达到900℃时，其颜色便会发生变化，逐渐散发出一种独特的暖灰色金属光泽。等离子碳化过程仅改变陶瓷表面的化学成分，不会改变其结构，同时也不影响陶瓷属性，使其如同白色与黑色高科技陶瓷一样，保持原有的高硬度，以及不易磨损、轻盈和低过敏性等特点。虽然等离子高科技陶瓷只有表面颜色发生改变，但它并不会随时间推移而褪色，而是常年闪耀其高科技光彩。

2016年，雷达推出Ultra Light超轻限量版手表。所使用的超轻高科技Si3N4陶瓷重量仅为雷达普通高科技陶瓷材质的一半，手表重量仅有56 g。而且硬度更高，更为耐磨。

2.4 陶瓷复合材料在手表中的应用

“魔力金（Magic Gold）”是由宇舶制表工厂与瑞士洛桑联邦理工学院于2011年底联合研发推出的黄金与陶瓷复合贵金属。

其制造工艺步骤如下：①粉末填充与生坯定型。把碳化硼陶瓷粉末导入硅质模具中，然后通过2.0×108Pa的冷压处理使陶瓷粉末成为陶瓷圆筒；②胚体烧结。把经过冷压处理的陶瓷圆筒放到这个特质机器里面，通过2 200℃的高温和1 MPa的压强，使陶瓷微粒连结为坚硬的整体；③黄金浇铸。将24 K纯金在1 100℃高温下熔化成为液态后灌注至胚体中，由于陶瓷圆筒的分子与分子之间是有空隙的，所以黄金分子可以和陶瓷的分子相互融合。④最终融合成金。继续施以高温与高压，直至黄金分子完全渗透和填满陶瓷圆筒胚体的每个空隙，完成二者之间的无缝融合，最终炼成坚硬无比的魔力金。