Керамика в современном часпроме: материал для корпусов, безелей и многих других деталей

Возможно, кто-то из вас вспомнит уроки изобразительного искусства и трудов в школе, или же творческие кружки, на которых учили делать разные поделки. И вспомнит, как приходилось мучиться с керамикой в попытках “слепить” из глины нечто симпатичное в подарок родителям. И как это “нечто симпатичное” потом оказывалось в мусорном ведре. До дрожи, правда?..

К счастью, та керамика из детства - не предмет сегодняшней дискуссии. Мы будем говорить о современной высококачественной керамике и сферах ее применения. В часовой индустрии было много разговоров и обещаний о керамике и ее использовании в часах, поэтому может показаться, что базовые знания об особенностях этого материала могут сделать нас гораздо более осведомленными покупателями.

Цель этой статьи - дать общее представление о том, что такое керамика. Объяснить, почему она может использоваться для изготовления одних деталей часов, но совершенно не подходит для других. Рассмотреть особенности различных методов работы с керамикой, которые применяются в хорологии.

Эта статья будет немного “заумной” и многословной, так что готовьтесь открыть для себя новые потрясающие знания!

Rolex GMT-Master II с керамическим безелем Cerachrom, устойчивым к царапинам

Огромный мир керамики

Само слово “керамика” звучит весьма неоднозначно. Большинство людей слышат его и думают о фарфоре, хрупкой посуде. Даже после изучения керамики в старшей школе или в ВУЗе, ассоциации с чайными сервизами или сантехникой, как правило, никуда не исчезают.

Но за пределами глины и гончарного круга существует целый мир керамики, и этот мир посвящен технической керамике. Этот термин охватывает почти все керамические материалы, помимо «традиционной» керамики, которая используется уже сотни (или даже тысячи) лет (например, каолин - глинистый материал).

Чтобы прояснить ситуацию, нужно, прежде всего, разобраться, что это за такой материал - керамика.

Керамика - это неорганические неметаллические материалы из соединений, включающих в себя металл и неметалл. Они также могут быть кристаллическими или частично кристаллическими. Эта информация уже немного сбивает с толку, да?

По сути, керамика - это сложный материал, который не может быть определен как металл, даже если в нем содержатся некоторые металлические компоненты. Остальная часть смеси включает дополнительные неметаллические материалы, которые при объединении образуют особый класс материалов со свойствами, отличными от других.

Керамика, как правило, прочная и твердая, действительно “жесткая” (негнущаяся). И вместе с этой твердостью приходит хрупкость. Это совсем другая история по сравнению с металлами. Представьте, если хотите, что у вас есть куча резиновых лент, все они связаны друг с другом в один шар. Этот шар кажется твердым, но если вы ударите им об пол, он может подпрыгнуть, потому что резина склонна к деформации.

Керамические тормозные диски не выходят из строя под воздействием тепла от интенсивного использования

Другая история

С керамикой все не так, как с металлами. Она похожа на блок из жестких, взаимосвязанных палочек (очень образное представление). Это гораздо более прочная конструкция, которая не деформируется при приложении силы. Но поскольку керамика не деформируется, она будет продолжать противостоять все большим и большим силам, пока эти силы не сломают так называемые палочки, и тогда вся структура просто рухнет. Другими словами, разобьется, как фарфоровая чашка.

Атомы в керамике очень прочно взаимодействуют друг с другом благодаря комбинации ионных и ковалентных связей, а также благодаря форме и положению кристаллов. И способность этих атомов двигаться под воздействием силы очень ограничена. Поэтому они могут выдерживать огромную нагрузку, позволяя материалу сохранять свои свойства.

Однако, это касается только случаев сжатия материала (оказания на него давления). От других воздействий (например, быстрый удар) связи слабеют и керамика может разбиться.

Это связано с тем, что характерная прочность связей и образование кристаллов создают направление для материала на микроуровне. Зерно (как еще называют микрокристаллы) имеет форму, напоминающую камни в кирпичной кладке. И эти камни сложены и плотно соединены вместе в произвольном порядке. Если на каком-то участке этой импровизированной стены камни не будут перекрывать друг друга, по их краям образуется граница. Это место и станет Ахиллесовой пятой всей конструкции. При воздействии значительной силы зерна начнут двигаться, но дойдя до границы движение прекратится, материал перестанет сопротивляться силе и начнет ломаться.

Chanel J12 в керамическом корпусе для широкой публики знатоков моды

Почему это важно

Почему мы говорим об этом? Керамика представляет собой чрезвычайно прочную конструкцию, и чтобы ее разрушить, требуется очень большая сила. Часы подвергаются таким силам нечасто, поэтому в большинстве случаев материал вынесет любые экстремальные воздействия. Это значит, что керамику очень тяжело разбить, поцарапать или же подвергнуть каким-либо другим изменениям.

Если вы хотите, чтобы объект выдерживал высокую нагрузку и это никак не отражалось на его свойствах, керамика - ваш лучший выбор. Связи создают сверхпрочный материал, который может очень хорошо сохранять свою форму. Но сдвигающие силы, возникающие при воздействии высокой силы на небольшой участок, приводят к разрушению керамики.

Вот почему вы можете ударить камень молотком и отколоть от него лишь самую малость, в то время как одного удара остроконечной киркой будет достаточно, чтобы расколоть этот же камень вдребезги.

В случае с усовершенствованной керамикой можно в определенной степени контролировать размер, форму и общее распределение “зерен-кирпичей”, создавая различные типы керамики с улучшенными свойствами. Некоторые типы характеризуются склонностью к небольшой пластической деформации (могут гнуться, как металлическая банка), в то время как другие созданы, чтобы противостоять огромной силе сжатия при минимальных рисках сильных ударов.

Все эти свойства должны где-то применяться, да? Конечно! Корпуса часов, безели и другие внешние компоненты часто изготавливаются из керамики, которая может без проблем справляться с глухими ударами и вмятинами, противостоять царапинам.

Нос и нижняя часть космического шаттла выложены керамической плиткой, которая защищает от воздействий высоких температур

Кое-что об изменениях

Чем больше керамическая часть, тем она прочнее. В этом нет ничего удивительного; почти каждый материал становится прочнее, когда он больше в размере.Что касается уменьшения в размерах, то есть определенный порог, которого нельзя превышать. Иначе материал просто не справится с возложенными на него задачами.

С керамикой это немного не так, как с другими материалами. Если техника работы с керамикой позволяет создать какую-то миниатюрную деталь, то в этой детали можно также создать прочные связи, которые помогут навсегда сохранить форму и свойства этой детали. То есть сделать то, что с другими материалами не сработает.

Правда, тончайшие детали из других материалов могут остаться целыми после удара, согнувшись или изменив свою первоначальную форму, которую потом можно вернуть. У керамики таких способностей нет. После воздействия критических сил деформация будет перманентной, вернуть форму детали не получится.

Поэтому, если драгоценный камень в механизме разобьется, его осколки распространятся по всему механизму. А если “сломается” зубец колеса, он просто согнется или деформируется под действием силы, но остается на своем месте. Именно поэтому керамические элементы не используются для производства мелких деталей механизма. Мосты и платы могут быть изготовлены из керамики, так как они больше по размеру и не являются движущимися компонентами, но колеса, шестерни и другие мелочи лучше производить из чего-то другого.

Керамические ножи могут оставаться острыми годами, но они хрупкие

В реальном мире

Давайте поговорим о том, какое применения керамические технологии находят в современном мире. Что и почему делают из керамики? Теплозащитные, пуленепробиваемые, огнеупорные и тугоплавкие изделия, износостойкие поверхности, изоляцию в электротехнике: все это производится с использованием керамики.

Существуют даже специальные виды керамики, которые при крайне низких температурах перестают быть диэлектриками и начинают выполнять роль сверхпроводников. У этой инженерной керамики огромная сфера применения, она изготавливается тысячами разных способов.

Поскольку керамика очень прочная и устойчива к деформации и истиранию, обычные технологии изготовления не подходят. Основными способами изготовления керамики являются либо литье и механическая обработка с последующей термообработкой (спеканием) до соответствующей плотности (что приводит к усадке), либо затачивание и шлифование.

Мы сказали выше, что керамика устойчива к истиранию, и это действительно так. Но (как и со всеми материалами, на самом деле) это касается только взаимодействия с материалами меньшей плотности. Гарантируем, что это таких материалов - абсолютное большинство. Но есть исключения. Алмазом можно поцарапать керамику. Собственно, потому алмазные инструменты и абразивы используются в процессе производства керамики, ведь нужно же как-то придать форму материалу.

В многоступенчатом производственном процессе, в котором рождается большинство корпусов и безелей, четких форм достигают путем создания керамической суспензии, которая впоследствии высушивается. Сухой порошок формируют в единый монолит, который выглядит как желаемая деталь, но чуть больше в размерах.

Затем этот монолит обрабатывается алмазным инструментом до желаемой формы, а потом снова подвергается воздействию высоких температур для окончательного уплотнения. За время спекания материал “усаживается” трижды. Мастера должны предвидеть это и просчитать усадку до микрона, иначе получить деталь желаемого размера будет невозможно.

Jaquet Droz Perpetual Calendar Ceramic

Довольно сложный процесс

Следующие стадии работы - шлифование, притирка и полировка до получения конечной формы. Для этого используются алмазные абразивы. Такая технология актуальна при работе с деталью несложной формы или же при работе с заранее тщательно подготовленным куском специализированной керамики от поставщика.

Некоторые компании не производят собственную керамику, а заказывают готовый материал. Как правило, далее он обрабатывается механически.

Сапфировое стекло, представляющее собой материал из оксида алюминия и, следовательно, являющееся керамикой, обычно формируется из полностью твердого состояния путем шлифования и притирки алмазным инструментом и абразивами. Некоторые из более сложных трехмерных кристаллов обрабатываются инструментами с алмазным покрытием с большей осторожностью, чтобы придать стеклу в итоге сложную форму и высокую прочность.

Алмазный инструмент также может быть керамическим (например, фрезерные инструменты из карбида вольфрама с алмазным покрытием для остроты и жесткости). Поскольку техники производства керамики совершенствуются и меняются, инструменты также должны развиваться.

Как видите, мир керамики сложный и огромный. Мы затронули лишь верхушку айсберга.

IWC Ingenieur с черным керамическим безелем

Свойства керамики затмевают другие материалы, когда дело касается прочности и долговечности. Именно поэтому этот материал - один из лучших для корпусов часов, безелей, стекол и внешних компонентов.

Суть в том, что керамика - это круто. Как правило. У нее есть свои недостатки, но опять же, как и у любого другого материала. Знание того, почему некоторые детали изготавливаются из керамики, и как проходит производственный процесс (в том числе знания о том, насколько сложным он может быть), поможет вам понять, что повышение цен на керамические детали небеспричинно и ведет за собой повышение качества новых часов.

Мы также надеемся, что вы сможете отсеять лишний хайп вокруг керамики и понять, насколько обоснован выбор керамических часов в каждом конкретном случае.

Мы также советуем вам ознакомиться более детально с информацией о керамике - материале, с которым человечество работает уже тысячелетия, достигая в этой области все новых и новых прорывов.