Непротивление материалам

Что может быть консервативнее часовой индустрии? Понаблюдав за монотонным трудом часовщика или посмотрев рекламные ролики часовых компаний, полные клятв в верности традициям, невозможно отделаться от впечатления, что отрасль превратилась в своеобразный заповедник традиционализма, форпост тщательно оберегаемых дедовских методов в стремительно меняющемся мире. Однако это не совсем так: высокое часовое искусство не чуждо специфическому хай-теку

Механические часы - одна из самых консервативных конструкций, стоящих на службе у современного человека. Прогресс в часовом деле двигался семимильными шагами в XVIII столетии, во времена Абрахама-Луи Бреге. Уже более двух веков новаторы лишь творчески переосмысливают наследие мэтров, ограничиваясь перегруппировкой узлов и деталей механизма, хотя подчас и весьма остроумной.

Но если внесение радикальных конструктивных изменений в механизм наручных часов - удел избранных, это не значит, что развитие часового искусства остановилось навсегда. Многообещающие результаты приносят эксперименты с новыми материалами, неизвестными великим мастерам прошлого. Широкое введение этих материалов в коммерческий оборот - дело ближайшего будущего, а некоторые наиболее продвинутые в технологическом отношении производители уже рискнули представить свои материаловедческие изыскания на суд публики.

Вид изнутри: Силиконовая долина

Известный всему миру центр микроэлектроники в штате Калифорния получил название Силиконовой долины по имени 14-го элемента таблицы Менделеева, второго после кислорода по распространенности на Земле. Это кремний, по-английски Silicon. Монокристаллический кремний нашел применение в производстве транзисторов, интегральных схем и микрочипов. Теперь главный материал IT-индустрии появился в часовой промышленности - в отрасли, которую сложно заподозрить в оголтелой тяге к новшествам. Почему это произошло?

Во-первых, благодаря низкому коэффициенту трения кремний не требует применения смазки. Между прочим, о важности этой субстанции для часового механизма говорил еще великий Бреге, которому приписывают фразу "Дайте мне совершенное масло, и я дам вам совершенные часы". Несмотря на прошедшие с тех пор два столетия и замену минерального масла на синтетическое, проблема качественной смазки продолжает волновать часовщиков. Мало того что часы требуют периодической замены смазки, само масло под влиянием, в частности, ультрафиолетового спектра солнечных лучей может менять консистенцию и утрачивать свои свойства. Кремний позволяет избежать всех "масляных" проблем.

Во-вторых, в процессе обработки кремния возможно достичь допусков в 1 микрометр (0,001 миллиметра). Металлические сплавы для столь тонкой обработки непригодны.

В-третьих, кремний очень тверд, обладает антимагнитными свойствами и устойчив к коррозии. Твердость этого материала составляет 1100 единиц по шкале Виккерса (для сравнения: сталь - 700, рубин - 2000, алмаз - 3000). Антимагнитные свойства кремния позволяют предохранить конструкцию от влияния магнитных полей и электромагнитных импульсов, к которым весьма чувствительны традиционные часовые механизмы.

Наконец, если заготовка из нейзильбера (сплав меди, никеля и цинка, традиционно используемый для деталей часового механизма) в процессе превращения, например, в колесо баланса проходит более 30 стадий механической обработки, то кремниевая деталь изготовляется в результате всего одной операции и не требует дополнительной обработки, центровки и улучшения внешнего вида.

В середине 1990-х две швейцарские мануфактуры - Patek Philippe и Ulysse Nardin - практически параллельно начали изучать возможности применения кремния для изготовления узлов часового механизма. И та и другая прибегли к помощи исследовательских центров CSEM (Швейцарский центр развития электроники и микромеханики) и IMT (Институт микротехнологии при Университете Невшателя). Честь выпуска первых серийных часов с кремниевыми компонентами принадлежит Ulysse Nardin. В 2001 году дебютировала знаменитая модель Freak.

Колесо баланса ее механизма Dial Direct Escapement сделано из монокристаллического кремния, полученного в результате глубокого плазменного травления (DRIE). Впрочем, Freak, оборудованные турбийоном карусельного типа, имели настолько необычный внешний вид, что революционное использование принципиально нового материала отошло на второй план.

Теперь главный материал IT-индустрии появился в часовой промышленности - кремний очень тверд, обладает антимагнитными свойствами и устойчив к коррозии. Кроме того, благодаря низкому коэффициенту трения он не требует применения смазки

Спустя четыре года свое кремниевое балансовое колесо презентовала Patek Philippe. Часы с годовым календарем, выпущенные ограниченной серией, положили начало коллекции Patek Philippe Advanced Research, объединяющей модели, изготовленные с использованием новых материалов.

Характерно, что для дебюта кремния оба производителя выбрали колесо баланса - важнейшую часть спускового механизма, предназначенного для передачи энергии завода на генератор колебаний. Колесо последовательно останавливается и приходит в движение 6-8 раз в секунду, совершая так называемые полуколебания. Например, для механизмов с частотой баланса 4 герц число полуколебаний в час составляет 28 800, в день - 691 200, в год - около 252 млн. На обеспечение пуска и остановки колеса уходит около 65% всей энергии, вырабатываемой часовым механизмом. В таких условиях крайне важна масса колеса: чем оно легче, тем меньше потери энергии. И здесь кремний, обладающий помимо вышеописанных достоинств еще и низким удельным весом (менее трети от удельного веса стали), становится удачной находкой.

Между тем, не желая ограничиваться монокристаллическим кремнием, Ulysse Nardin подвергла воздействию плазменного травления искусственные алмазы. Партнером марки в этом проекте выступил немецкий исследовательский центр GFD. На этот раз усилия исследователей были направлены на поиск альтернативного материала для изготовления концентрической балансовой пружины, часто именуемой сердцем часов (уже более 100 лет для ее изготовления используется железоникелевый сплав с фирменным обозначением Invar). Важнейшим требованием к материалу пружины является обеспечение температурной компенсации. Результатом стало получение в 2002 году Ulysse Nardin патента на пружину из поликристаллического алмаза.

Соперники из Patek Philippe предсказуемо ответили выпуском часов с механизмом, в котором из кремния помимо балансового колеса была выполнена и пружина. Марка даже зарегистрировала собственное наименование материала - Silinvar (по аналогии с Invar).

Наконец, третьим компонентом спускового механизма, подвергшимся "кремнизации", стал анкерный рычаг. Эта деталь размещается между колесом баланса и маятником и выглядит как корабельный якорь, отчего иногда и именуется просто якорем. Стандартный анкерный рычаг, использующийся практически во всех современных часах, выполняется из железоникелевого сплава и снабжен двумя рубиновыми палетными камнями, служащими для захвата зубцов балансового колеса. Штука в том, что в кремниевом рычаге нет необходимости в камнях, таким образом, весь узел становится легче, надежнее и технологичнее. В 2007 году часы с рычагом из монокристаллического кремния одновременно представили и Ulysse Nardin (модель с будильником Silicium Sonata), и Patek Philippe (модель с годовым календарем и спусковым механизмом Pulsomax). Тогда же часы с полностью кремниевым спусковым механизмом представила и марка Breguet - для этого была выбрана модель Marine Tourbillon.

С течением времени собственными кремниевыми спусковыми механизмами обзавелись и другие производители. Например, мануфактура Jaeger-LeCoultre оснастила сложные часы с турбийоном и вечным календарем из коллекции Master Grande Tradition спусковым механизмом, сделанным из монокристаллического кремния с алмазным покрытием. Технология изготовления деталей из кремния все еще дорогая, и поэтому не стоит ожидать их массового распространения в ближайшие годы. Экономика диктует производителям их применение только в моделях с усложнениями - календарями, турбийонами, астрономическими функциями (Ulysse Nardin Moonstruck).

Возможная альтернатива кремнию реализована в концептуальной модели Cartier ID One, в которой детали спускового механизма (балансовое колесо и маятниковая пружина) выполнены из углеродистого и керамического стекла Zerodur. Эти материалы также обладают полезными для часовщиков свойствами: они нечувствительны к температурным колебаниям, магнитным полям, имеют низкий коэффициент трения (отпадает необходимость в смазке), не требуют финальной обработки. Судя по тому, что ID One были представлены в качестве концепта, не предполагающего тиражирования, стоимость "стеклянных" компонентов пока значительно превышает цену кремниевых.

Конечно же, распространение кремния вызвало бурную дискуссию в отрасли. Многолетний глава Patek Philippe Филипп Штерн, описывая преимущества кремния, говорит о том, что еще никогда точность механических

часов не имела столь малую допустимую погрешность. С другой стороны, принципиально отказавшийся от использования кремния известный часовой новатор и реставратор старинных часов Франсуа-Поль Журн утверждает, что кремний хрупок, недолговечен, а детали, выполненные из него, невозможно заменить на аналогичные, что противоречит принципам реставрации. Очевидно, что спорщиков рассудит только время. Чей авторитет для часовщиков может быть выше?

Вид снаружи: от автогонок до космоса

Присущая швейцарским часовщикам фундаментальность дает знать о себе и при выборе материала для корпуса часов. Вопреки широко распространенному мнению определяющим фактором здесь является не цена, хотя она, конечно, тоже имеет значение, а соответствие того или иного материала предназначению модели или функциональным особенностям часового механизма. Скажем, широкое применение титана, постепенно заменяющего сталь в корпусах часов для подводных погружений, вызвано необходимостью обес­печить надежную защиту механизма от перепадов давления. Титан легок, тверд (а значит, часы в титановом корпусе лучше сопротивляются механическим воздействиям, например царапинам), не коррозирует.

Но часовым материалом десятилетия следует все-таки признать высокотехнологичную керамику (нитрид циркония). Она обладает гипоаллергенными качествами, практически не царапается (по твердости уступает только алмазу), имеет невысокий удельный вес. Пионером использования керамики в часовых корпусах является компания Rado, которая начала их выпуск еще в 1960-х годах. Наряду с традиционной глянцевой появилась керамика с матовой поверхностью (достигается путем пескоструйной обработки). Из керамики стали делать заводные коронки, кнопки управления хронографом и ободки циферблата - эта часть часового корпуса чаще всего страдает от случайных царапин.

Если керамика уже находится на пике признания часовых производителей, то композитные материалы определенно на пути к нему. Прежде всего это карбоновое волокно, которое уже довольно широко применяется в качестве материала для изготовления циферблатов часов спортивно-экстремального дизайна. Малый удельный вес карбона позволяет радикально снизить массу готовых часов. Например, сложные часы Audemars Piguet Millenary Carbon One Tourbillon Chronograph в корпусе размером 47х42 мм весят 69,4 грамма - благодаря применению так называемого кованого карбона (forged carbon) в качестве материала для корпуса. Впрочем, чемпионом нынешнего сезона по "легковесности" являются часы Richard Mille RM027 Tourbillon Rafael Nadal, созданные, как явствует из названия, для первой ракетки мира Рафаэля Надаля. Общий вес часов в корпусе размером 48х38 мм, выполненном из композитного материала, составляет всего 13 граммов (20 граммов с ремешком из поликарбоната). Учитывая сложность механизма и традиционно высокие цены на продукцию марки Richard Mille, RM027, безусловно, следует признать мировым чемпионом по показателю "количество денег за грамм веса часов".

Возможная альтернатива кремнию реализована в модели Cartier ID One: детали спускового механизма выполнены из углеродистого и керамического стекла Zerodur. Эти материалы нечувствительны к температурным колебаниям, магнитным полям и не требуют финальной обработки

Огромная заслуга в деле популяризации новых материалов принадлежит марке Hublot, сделавшей в середине прошлого десятилетия смелую ставку на стиль fusion: смешение в дизайне часов разнообразных материалов, от благородного розового золота до простецкой черной резины. Под маркой Hublot выходили часы в корпусах из сплавов на основе магния, вольфрама и тантала. В конце концов марка запатентовала материал Hublonium, представляющий собой сплав магния и алюминия. Кстати, еще раньше это сделала марка Harry Winston, закрепившая за собой право называть пришедший из аэрокосмической промышленности сплав циркония и алюминия именем Zalium.

В уже упомянутом концепте Cartier ID One в качестве материала корпуса был использован сплав титана и ниобия. Среди его достоинств не только малый удельный вес, но и оптимальные амортизирующие свойства, которые смягчают внешние воздействия, вредные для механизма. В нынешнем году стало известно, что этот сплав будет использован для выходящих лимитированной серией часов Rotonde de Cartier Astror?gulateur. От появления концепта до серийного производства прошел всего год - вызывающая уважение скорость внедрения.

Помимо использования суперсовременных сплавов на основе редких металлов, часовщики освоили нанесение на выполненные из традиционных материалов корпуса устойчивых и тонких - микронных - покрытий. Они дают возможность разнообразить цвет корпуса и защищают от царапин и потертостей. К известным PVD-покрытиям совсем недавно добавились покрытия типа DLC (diamond-like carbon). Между прочим, последние - продукт тех самых нанотехнологий, о необходимости развития которых так любят поговорить в России.

Юрий Хнычкин