www.stone-ideas.com

Ein Hemmungsrad aus künstlichem Diamant für die mechanische Uhr

Künstlerische Darstellung eines Hemmungsrads (links) aus Kunstdiamant mit einem Durchmesser von 3 Millimetern. Rechts der Anker, der immer wieder in das Rad eingreift und es blockiert. Quelle: EPFL

Ein schweizer Forschungsteam fertigt aus Monokristallen millimeterkleine mechanische Systeme

Diamant ist dank seiner aussergewöhnlichen Härte, Elastizität, Wärmeleitfähigkeit und Transparenz ein bevorzugtes Material für viele mechanische und andere Anwendungen. Schwierig ist jedoch nach wie vor die Herstellung komplexer Formen mit einer Präzision im Mikrometerbereich (Tausendstel Millimeter). Professor Niels Quack hat an der École polytechnique fédérale von Lausanne (EPFL) nun mit seinem Team ein Verfahren entwickelt, mit dem ein monokristalliner Kunstdiamant zu einem Mikro-Uhrenbestandteil geformt wurde. Es handelt sich um ein Hemmungsrad mit einem Durchmesser von 3 Millimetern und einen Anker dazu.

Das Lausanner Team hat ein Verfahren optimiert, das als „reaktives Ionenätzen“ bezeichnet und in der industriellen Produktion von Mikrochips verwendet wird. Damit konnten aus einem Kunstdiamanten dreidimensionale Formen geschnitten werden, die mit 0,15 mm dreimal mehr Dicke hatten als bisher möglich. „Wir nähern uns damit den Standards in der Uhrenindustrie, wo eine Dicke von rund 0,2 mm ideal ist“, erklärt Niels Quack.

Schweizer Uhrenunternehmen haben schon Interesse an dem Verfahren gezeigt. „Wir vermuten, dass der Diamant dank einer geringeren Reibung die Gangreserve erhöht, also die Funktionsdauer, bis die Uhr wieder aufgezogen werden muss. Diese Hypothese müssen wir allerdings noch überprüfen“, so Quack. Weitere Vorteile: der Diamant ist lichtdurchlässig, einfärbbar und nicht magnetisch, eine auf dem aktuellen Uhrenmarkt geschätzte Eigenschaft.

Anker aus monokristallinem Kunstdiamant. Quelle: EPFL

Die Arbeiten wurden an der EPFL im Rahmen einer Förderungsprofessur des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) durchgeführt – ein Instrument, das künftig durch die SNSF Eccellenza Professorial Fellowhips ersetzt wird. Unterstützt wurden die Arbeiten außerdem durch die Gebert Rüf Stiftung sowie das Unternehmen Lake Diamond in Yverdon-les-Bains (VD). Die Komponenten wurden im Center of MicroNanotechnology der EPFL hergestellt.

A. Toros et al.: Precision Micro-Mechanical Components in Single Crystal Diamond by Deep Reactive Ion Etching. Microsystems & Nanoengineering (2018) doi:10.1038/s41378-018-0014-5

(07.07.2018)