CN106462106A - 制备带有复合材料制成的插入件的计时器部件的方法以及相关的计时器部件和计时器 - Google Patents

制备带有复合材料制成的插入件的计时器部件的方法以及相关的计时器部件和计时器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种方法，包括形成主体的步骤(E0)，在所述主体的面上带有空腔，处理步骤(E2)，包括在所述主体上形成至少一个加强的黏附区域，其至少部分地位于所述空腔的外部，以及沉积复合材料的步骤(E3)。在沉积步骤(E3)期间，所述空腔被填充并且加强的黏附区域被复合材料覆盖。

Description

制备带有复合材料制成的插入件的计时器部件的方法以及相 关的计时器部件和计时器
技术领域
本发明涉及制备计时器部件的方法。
背景技术
在钟表学领域，经常制造计时器部件的外部元件，其与复合材料制成的插入件结合，例如为了形成刻度、商业名称、商标符号或一些其他的装饰特征。复合材料包括例如粘合剂和陶瓷颗粒。可任选地充满荧光材料或一些其他功能性材料制成的颜料。镶嵌的计时器部件可以是表壳、表圈、表盘、腕带、计时器机芯组件等。它由基底材料制成，例如陶瓷、金属合金或蓝宝石。
之前公开的制备这样的镶嵌计时器部件的方法首先涉及由陶瓷制成的基底材料形成主体，例如通过烧结预成型坯体。接着在主体的一个面内形成空腔，例如通过激光烧蚀，并且用复合材料填充。后者接着通过加热聚合以得到具有足够硬度的插入件材料。最后，所述方法包括通过打磨的加工步骤，期间多余的复合材料被清除并且镶嵌主体被赋予具有吸引力的外观。
基底材料和空腔内部的复合材料之间的黏附通常是有问题的，特别是在聚合过程中，其导致复合材料的收缩。
之前公开的用于提高基底材料和复合材料之间的黏附的方案涉及修饰空腔底部的表面状态，例如通过使用飞秒脉冲激光烧蚀技术(“Facilitating the fabrication ofmicron scale composite polymer inlays in ceramics substrates usingfemtosecond pulse laser ablation technique(使用飞秒秒冲激光烧蚀技术促进镶嵌在陶瓷基底内的微米级复合聚合物的形成)”，J.Zehetner，S.Stroj，G.Zanghellini；12thConference on Laser Ablation(第十二届激光烧蚀会议)，6-11.10.2013，伊斯基亚，意大利)形成微米级的规则网格。
发明内容
本发明进一步改善了现状。
为此，本发明涉及制备带有复合材料制成的插入件的计时器部件的方法，包括以下连续的步骤：
-形成主体的步骤，所述主体的一个面上具有空腔；
-处理步骤，期间在所述主体上形成了至少一个加强的黏附区域；
-沉积复合材料的步骤，期间所述空腔被填充并且加强的黏附区域被所述复合材料覆盖；
-将所述复合材料聚合的步骤；
其中所述加强的黏附区域至少部分地位于空腔的外部。
加强的黏附区域的目的是确保材料和计时器部件主体的附着。根据本发明，位于空腔的外部的主体的黏附区域是加强的。在这种情况下，例如，所述区域是包括空腔的主体的面的区域，其延伸到接近后面。在复合材料的添加过程中，通过以这样的方式使得材料溢出来填充空腔，以覆盖加强的黏附区域。在聚合化期间，由于在所述外部区域内的复合材料的提高的附着，复合材料的收缩基本上被限制。
根据一个特定实施方式，加强的黏附区域通过对主体的表面区域的表面状态的修饰来获得，以这样的方式使得获得具有加强的附着纹理的区域。
根据本发明，计时器部件的主体的表面区域的表面状态，特别是纹理，被以这样的方式修饰，以加强所述区域的黏附。
有利地，所述方法包括加工步骤，期间任何多余的复合材料被清除并且空腔外部的加强的黏附区域被抑制。
任何多余的沉积的复合材料，特别是已经从空腔中溢出的，接着被清除，例如通过打磨。加强附着纹理的外部区域被类似地处理使其消失，例如同样通过打磨。
有利地，在处理步骤过程中，形成了至少一个加强的黏附区域，其中区域延伸到空腔的内部，特别在空腔的底部的至少一部分和/或空腔的侧壁的至少一部分上。
一个或多个内部加强的黏附区域可以在空腔的底部的至少一部分和/或空腔的侧壁的至少一部分上延伸。
有利地，外部的加强的黏附区域位于空腔的边缘。
外部的加强的黏附区域可以围绕空腔的整体，或它可以占据空腔外周的一个或多个不连续部分。在第一种情况下，附着是最理想的。在第二种情况下，处理步骤和加工步骤是便利的，并且它们的持续时间被减少。
所述方法可以有利地包括以下另外的特征的全部或部分：
-外部加强的黏附区域垂直于所述空腔的边缘的宽度为至少50微米；
-处理步骤使用飞秒激光辐照；
-在处理步骤过程中，待处理区域被激光束扫描，激光束具有纵向上的激光扫描速度，并且具有在横向上的激光扫描步宽，所述速度和步宽分别限定了大于20％的和严格地小于100％的纵向重叠度、以及严格地大于0％的和严格地小于100％的横向重叠度；
-激光扫描速度在10mm/s和3500mm/s之间，优选地在500mm/s和1000mm/s之间；
-激光扫描步宽在0.001mm和0.02mm之间，优选地在0.001mm和0.005mm之间；
-两个激光扫描在待处理区域上实施，待处理区域分别地通过两个不同的纵向扫描方向限定，其通过大于或等于10°的角度彼此分开，特别是等于或大体等于90°的角度；
-加强的附着纹理的浮雕深度是介于0.2微米和20微米之间；
-加强的附着纹理具有介于0.4微米和0.6微米之间的粗糙度Ra的平均差；
-加强的附着纹理具有介于2微米和4微米的平均剖面高度；
-带有所述空腔的主体通过将材料注入模具中获得；
-所述主体通过包括以下的组中的材料的一种制成：
○陶瓷，特别是锆基或铝基陶瓷，
○金属合金，特别是钢(例如钢904L)、铜合金(例如黄铜)、金的合金(例如18k金合金)或铂的合金(例如Pt950合金)，和
○蓝宝石。
-计时器部件是包括以下部件的组的一种：表圈、表壳、腕带元件、表冠、表盘、计时器机芯的元件和计时器机芯的元件。
本发明还涉及：
-包括容纳在空腔中的复合材料制成的插入件的组件，其中它包括至少一个复合材料的加强的黏附表面，其至少部分地在所述空腔的外部延伸；和
-包括容纳在空腔中的复合材料制成的插入件的计时器部件，其中所述空腔包括至少一个加强的黏附表面，其在空腔底部的至少一部分和空腔侧面的至少一部分上延伸。
○本发明最后涉及包括至少一个上面所限定的计时器部件的计时器。
附图说明
参考附随的附图，在用于制备包括插入件的计时器部件的方法的特定实施方式的以下说明的帮助下，本发明将变得更清楚，其中：
-图1示出了获得的计时器部件的空腔，例如，在通过陶瓷坯体的注入的模制之后，和在对后者通过烧结的处理之前；
-图2示出了在加强的附着纹理的区域的完成之后的图1中的计时器部件的空腔；
-图3示出了在复合材料的填充之后的图1中的空腔；
-图4示出了在加工之后的图1的空腔；
-图5示出了流程中的步骤的流程图；
-图6示出了加强的附着纹理的电子扫描显微镜放大图；
-图7示出了通过图5的方法制备的具有插入件6的表圈7的部分。
具体实施方式
本发明的方法使得能够制备带有由复合材料制成的一个或多个插入件6的计时器部件7。
所述计时器部件7，其不是详尽无遗的，可以是以下计时器部件中的一种：表圈、表壳、腕带元件、表冠、表盘、计时器机芯的元件或组件和计时器机芯的坯件。表圈7的部分包括镶嵌的刻度6，其在图7中通过单纯的示意性实例的方式示出。
组件7由基地材料制成，其可以是包括在以下列表中的一种，然而其不是详尽无遗的：
-陶瓷，例如锆基或铝基，或一些其他类型；
-金属合金，特别是例如钢如钢904L，例如或甚至如铜合金如黄铜，例如18k金合金或Pt950合金；
-蓝宝石。
插入件6可以是功能性元件例如刻度或字母数字字符特征，和/或装饰用的或外部元件，例如商标符号、品牌名称、商业名称、手工涂层等。它用这样的材料制成，例如复合材料，如包括有机基质，如二甲基丙烯酸基基质、和陶瓷颗粒。复合材料可以同样地包括具有美学和/或功能性作用的填充和/或添加物，例如着色填充、发光材料等。
制备镶嵌计时器部件1的方法现在参考附图1到5进行描述。
为了清楚起见，在本文描述的特定实施例中，计时器部件1包括单独的插入件6。以下描述的特定的实施例特别涉及基底材料由陶瓷制成的情况。
初始步骤E0包括计时器部件的主体3的形成，如图1中部分示出的，从基底材料例如锆基或铝基陶瓷。在本文所述的特定示例性实施方式中，坯体首先通过将基底材料注入模具进行制备。通过定义，表述“坯体”在本文中被理解为表示从陶瓷粉末和黏合剂的混合物制成的主体，在“毛坯”状态(即是说在脱脂之前，当主体仍然包括粘合剂时)。在注入期间盲腔4在主体3的一个面30内制备。作为变型，空腔4可以在注入之后在主体3内形成，例如通过激光雕刻或化学刻蚀或甚至通过机械加工。空腔4具有通常介于0.1和0.6mm之间的深度。它通常包括底部40和侧面，或侧壁，41。在所示的实施例中，底部40是平面的并且与面30平行，并且壁41垂直于底部40。当然，底部40和/或侧壁可以是倾斜的或非平面的(例如凸面)。特别地，侧面41可以具有后角，后者具有利于表面处理的益处，接下来将对其进行描述。
所述方法接着包括步骤E1，步骤E1用于包括脱脂的注入主体3的处理的，例如通过用空气的热处理，接着进行烧结，例如通过高温时的热处理。
当然可以使用其他形成、机械加工和/或处理技术，以制备带有空腔4的主体3。
接着处理步骤E1的是表面处理步骤E2，为了形成一个或多个具有加强的附着纹理的区域，使得能够增加形成主体3内的插入件的复合材料的黏附。
在本文所述的特定实施方式中，形成了具有加强的附着纹理的以下区域：
-在空腔4的底部延伸的区域Z1；
-在空腔4的侧面上或侧壁41上延伸的区域Z2，和
-在在主体3的表面30上的空腔4的外部延伸到空腔4的边缘42的区域Z3。
不同的区域Z1、Z2和Z3在这里是连续的，即是说它们相继地延伸。
外部区域Z3在面30上延伸，沿着空腔4的外部边缘42。它形成了围绕空腔4的整体的外部边界。它延伸了宽度，表述“宽度”在本文被理解为表示垂直于空腔4的边缘的区域Z3的尺寸为至少50微米。尽管如此所述宽度可以沿着空腔4外周变化。作为变型，外部区域Z3可以具有以下特征的全部或部分：
-外部区域Z3可以沿着空腔4的边缘42的部分延伸；
-外部区域Z3可以由围绕空腔4的多个非连续部分组成；
-外部区域Z3可以从空腔4的边缘42稍微分离；
-外部区域Z3被包含在与空腔的外部边缘以一定距离分离的包层内，所述距离严格地小于空腔的外部边缘和计时器部件的表面边缘之间的距离，或小于空腔的外部边缘和另一相邻空腔(最邻近的空腔，如果有许多个时)的外部边缘之间的距离，酌情考虑所述两个距离的较小者。最后，区域Z3的范围不覆盖组件的表面的整体；
-最后，所有或部分外部区域Z3从空腔4延伸最小宽度，例如为至少50微米，和/或从所述空腔开始不延伸超过最大宽度，特别是小于或等于100微米，或200微米。
区域Z2在这种情况下覆盖空腔4的侧壁41。作为变型，区域Z2可以部分地覆盖侧壁41。
区域Z1在这种情况下覆盖空腔4的底部40。作为变型，区域Z1可以仅在底部40的一部分上延伸。
然而，仅设置单独的加强黏附区域是可能的，或两个加强的黏附区域，一个在外部并且一个在内部(内部区域例如延伸到空腔底部或在空腔侧壁上延伸)。
具有加强的附着纹理的一个或多个区域在这种情况下通过表面状态的修饰进行制备，换句话说通过纹理化，在主体3的表面区域，其引起黏附表面的增强。例如纹理化可以通过超短脉冲激光辐照实施，特别是飞秒脉冲。
通过飞秒脉冲激光获得的纹理化不是非常深。例如加强的附着纹理的浮雕深度是介于0.2微米和20微米之间。另外，加强的附着纹理优选地具有粗糙度Ra的平均差为介于0.4微米和0.6微米之间和介于2微米和4微米之间的平均剖面深度RZ，粗糙度参数Ra和RZ如国际标准ISO 4287进行限定。浅层激光纹理化能够保持基底(即是说主体3)的机械阻力。加强的附着纹理在电子扫描显微镜下的放大图如图6所示。一方面飞秒脉冲激光辐照能够获得具有相比例如喷砂获得的更精细的纹理的表面状态，并且另一方面将最小化或甚至避免通过更长辐照例带来的热效应，如在纳秒量级的辐射。另外，获得的形成整个黏附表面的暴露的表面比例如通过喷砂获得的更大。
通过单纯的示意性实施例的方式，在红外范围发射的飞秒激光发射设备，具有等于1030nm波长并且传送大于15μJ的平均能量，例如等于40μJ，可以被用于目标区域，通过小于450飞秒的脉冲持续时间。在更广泛的层面，被使用的激光设备适于传送优选大于或等于18×106MW·cm-2的能量密度。
为了将目标区域(Z1、Z2和/或Z3)纹理化，所述区域的扫描通过激光束的帮助进行，激光束具有被描述为“纵向”的第一方向上的扫描速度和被描述为“横向”的第二方向上的扫描步宽，优选地垂直或大体垂直于纵向方向，如申请WO2013/135703中所述的。在扫描期间，激光束扫描连续的线，其通过距离L’分开(L’对应扫描步宽)，每条线包括通常圆形的连续激光冲击，其中各中心通过距离L被两两分开。距离L和L’以及激光束在目标区域上的聚焦半径Rfoc使得能够确定纵向覆盖率O，如申请WO2013/135703中所述的，通过以下关系式：
如果2·Rfoc≥L，且O＝0如果2·Rfoc＜L
其中
横向覆盖率O’(即使说在第二横向方向)以类似的方式被限定，将上述关系式中的L用L’代替。
纵向覆盖率有利地大于20％并且严格地小于100％，换句话说20％≤O≤100％。横向覆盖率严格地介于0％和100％之间，换句话说0％＜O’＜100％。
通过单纯的示意性实施例的方式，图6中描述的纹理具有通过平均直径为27.3微米的激光束的简单的扫描获得，纵向覆盖率为54％和横向覆盖率为76.81。
激光扫描的纵向速度可以介于10mm/s和3500mm/s之间，优选地介于500mm/s和1000mm/s之间。激光扫描的横向步宽可以介于0.001mm和0.02mm之间，优选地介于0.001mm和0.005mm之间。
简单的激光扫描也称为“填充”或“简单填充”扫描，在单独的纵向方向上，或交叉激光扫描，也称为“交叉填充”扫描，在第一纵向方向上并且接着在第二纵向方向上，通过大于或等于10°的角度彼此分离，例如等于或大体等于90°的角度，如申请WO2013/135703中所述的，可以在待处理的目标区域上实施。
所述方法继续在空腔4内沉积复合材料的步骤E3。在所述步骤E3期间，空腔4被复合材料5以较大黏性或较小黏性、或糊状、悬浮液的形式填充，通过使得空腔4以这样的方式溢出，使得至少部分地覆盖外部区域Z3。
沉积步骤E3接着进行聚合化步骤Z4。所述步骤E4例如通过在中等压力和控制的的环境下加热沉积的复合材料来实施。
所述方法继续进行加工步骤E5，期间在空腔4外部的任何多余的复合材料被清除，也就是说已经从空腔4溢出的复合材料和外部加强的黏附区域纹理Z3被抑制。所述步骤E5例如通过打磨、再生或机械加工实施。
在前面的描述中，加强的黏附区域(Z1、Z2和/或Z3)通过飞秒脉冲激光进行制备。可替代的，代替修饰表面状态和区域Z1、Z2和Z3的纹理以提高插入件的黏附，所有或部分所述区域Z1、Z2和Z3可以被确保复合材料更好附着的连接层覆盖。所述层可以是标准连接层，以提高材料间的亲和力，或制备得到的多孔层，例如，在主体3的注入之后和烧结之前，通过沉积陶瓷粉末和碳的混合物。这样的连接层可以替代加强的附着纹理或甚至可以被添加到后者的顶部。
在变型的实施方式中，容纳插入件6的空腔形成了穿越元件，贯通或未贯通。所述空腔包括例如上部凹槽，设置在所述组件的一个面上，并且在所述组件的内部向下延伸，通过多个横向或垂直方向的中空足，其提供了对于插入件的材料的另外的黏附保证。提供于所述足对面的端点的扩孔，其排入上部凹槽或锥台形式的足(圆锥的截头锥体的较小部分的端点穿入上部凹槽)，将能够降低分层的风险。
在其他变型实施方式中，可以使用不同于陶瓷的基底材料。能够使用金属合金，例如，特别是钢(如钢904L)、或铜合金(例如黄铜)、18k金合金或甚至Pt950合金。还能够使用通过电铸技术获得的材料，例如Ni或NiP，或能够通过微细加工技术进行机械加工的材料，例如硅、石英或金刚石。虽然以下所述的特定实施方式特别地涉及基底材料由陶瓷制成的情况，应该可以实施除了陶瓷之外的其他材料，通过任何的适应性变化，在聚合化条件或也在加工的条件和/或方法下，特别涉及形成带有空腔的主体的技术，在纹理化条件下，涉及连接层的性质和存在。
取决于材料和处理条件，可以获得凹槽的底部的着色，其修饰了通过复合材料获得的打底。例如通过适合的激光处理获得凹槽底部的白色表面是可能的，以增强具有光发射的复合材料的光发射，或也通过适合的激光处理获得凹槽底部的白色或黑色表面以修饰复合材料的可感觉颜色。
还能够在多种场合下实施根据本发明的方法，例如为了制备系列插入件，每个用不同的组合材料制成，或为了制备由第二复合材料制成的第二插入件，同时第一插入件由第一插入件制成。这能够将具有不同纹理和/或颜色和/或功能的复合材料结合。
本发明还涉及包括由复合材料制成的插入件的计时器部件，插入件容纳在空腔内，其包括一个或多个加强的黏附区域，延伸所述空腔的全部或部分底部和所述空腔的一个或多个侧面的至少一部分，特别地已经在本文描述的根据所述方法获得的所述计时器部件7中。
本发明同样涉及包括由复合材料制成的插入件的计时器部件，插入件容纳在空腔内，并且包括至少一个复合材料的加强的黏附表面，至少部分地在所述空腔的外部延伸。涉及的所述组件可以是通过先前描述的方法在中间状态下制备的组件，或这样的组件，关于其已经从所述空腔溢出的多余复合材料可以已经被保留以产生期望的美学效果。
本发明最后涉及包括如以上限定的计时器部件的计时器。
应该能够以更广泛的方式对面该申请，关于前述的制备方法以制备以单独的材料制成的计时器部件，并且提供由不同于第一种材料的第二种材料制成的插入件。例如，插入件可以由塑料材料、橡胶材料或一些其他材料制成。

Claims (20)

1.一种制备带有复合材料制成的插入件(6)的计时器部件(7)的方法，包括以下连续的步骤：
-形成主体(3)的步骤(E0)，所述主体(3)的一个面(30)上具有空腔(4)；
-处理步骤(E2)，期间在所述主体(3)上形成了至少一个加强的黏附区域(Z1，Z2，Z3)；
-沉积复合材料(5)的步骤(E3)，期间所述空腔(4)被填充并且加强的黏附区域被所述复合材料(5)覆盖；
-聚合所述复合材料(5)的步骤；
其中所述加强的黏附区域(Z3)至少部分地位于空腔(4)的外部。
2.根据前述权利要求所述的方法，其中所述加强的黏附区域(Z1，Z2，Z3)通过对所述主体(3)的表面区域的表面状态的修饰(E1)来获得，使得获得具有加强的附着纹理的区域。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其中其包括加工步骤(E5)，期间任何多余的复合材料(5)被清除并且空腔(4)外部的加强的黏附区域(Z3)被抑制。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在所述处理步骤(E2)期间，至少一个加强的黏附区域(Z1，Z2)被形成，其中区域延伸到所述空腔(4)的内部，特别在所述空腔的底部的至少一部分和/或所述空腔(4)的侧壁(41)的至少一部分上。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述外部的加强的黏附区域(Z3)被设置在所述空腔(4)的边缘(42)上。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述外部的加强的黏附区域围绕整个所述空腔(4)。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述外部的加强的黏附区域(Z3)具有垂直于所述空腔的边缘、至少50微米的宽度。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述外部的加强的黏附区域(Z3)不覆盖计时器部件(7)的整个表面。
9.根据前述权利要求所述的方法，其中所述外部加强的黏附区域(Z3)被包含在与空腔的外部边缘以一定距离分离的包层内，所述距离严格地小于空腔的外部边缘和计时器部件的表面边缘之间的距离，或小于空腔的外部边缘和另一邻近空腔的外部边缘之间的距离，特别是最接近的邻近空腔，酌情考虑所述两个距离的较小者。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所有或部分的外部的加强的黏附区域(Z3)延伸垂直于所述空腔(4)的边缘、小于或等于100微米，或200微米的最大宽度。
11.根据前述权要求之一所述的方法，其中所述处理步骤(E2)使用飞秒激光辐照。
12.根据前述权利要求的所述方法，其中，在处理步骤(E2)期间，待处理区域被激光束扫描，所述激光束具有纵向上的激光扫描速度，并且具有在横向上的激光扫描步宽，所述速度和步宽分别限定了大于20％的和严格地小于100％的纵向重叠度、以及严格地包括于0％和100％之间的横向重叠度。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中在待处理区域上实施两个激光扫描，待处理区域分别地通过两个不同的纵向扫描方向限定，其通过大于或等于10°的角度彼此分开，特别是等于或大体等于90°的角度。
14.根据权利要求2至13的任一个所述的方法，其中加强的附着纹理的浮雕深度是介于0.2微米和20微米之间。
15.根据前述权利要求之一所述的方法，其中通过将材料注入模具中获得带有所述空腔(4)的主体(3)。
16.根据前述权利要求之一所述的方法，其中通过包括以下的组中的材料的一种构成所述主体(3)：
-陶瓷，特别是锆基或铝基陶瓷，
-金属合金，特别是钢、铜合金、金的合金或铂的合金，以及
-蓝宝石。
17.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述计时器部件(7)是包括以下部件的组的一种：表圈、表壳、腕带元件、表冠、表盘、计时器机芯的元件和计时器机芯的坯件。
18.一种计时器部件包括由复合材料制成的插入件(6)，结合于空腔(4)内，其中其包括至少一个延伸到所述空腔(4)的外部的复合材料的加强的黏附表面，和延伸到所述空腔内部的至少一个加强的黏附表面，特别在所述空腔(4)的底部(40)的至少一部分和/或所述空腔(4)的侧面的至少一部分上延伸。
19.根据前述权利要求所述的计时器部件，其中所述加强的黏附表面：
-不覆盖所述计时器部件(7)的整个表面，和/或
-被包含在与空腔的外部边缘以一定距离分离的包层内，所述距离严格地小于空腔的外部边缘和计时器部件的表面边缘之间的距离，或小于空腔的外部边缘和另一邻近空腔的外部边缘之间的距离，特别是最接近的邻近空腔，酌情考虑所述两个距离的较小者，和/或
-延伸垂直于所述空腔的边缘、至少50微米的最小宽度，和/或
-延伸垂直于所述空腔(4)的边缘、小于或等于100微米，或200微米的最大宽度。
20.一种计时器，包括根据权利要求18或19所述的计时器部件(7)。
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