WO2023156201A1 - Pierre d'horlogerie et procede de fabrication d'une telle pierre - Google Patents

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WO2023156201A1
WO2023156201A1 PCT/EP2023/052464 EP2023052464W WO2023156201A1 WO 2023156201 A1 WO2023156201 A1 WO 2023156201A1 EP 2023052464 W EP2023052464 W EP 2023052464W WO 2023156201 A1 WO2023156201 A1 WO 2023156201A1
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WO
WIPO (PCT)
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pivot
bearing
silicon carbide
counter
stone
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/052464
Other languages
English (en)
Inventor
Fabrice Lambert
Philippe Jacot
Ivan Calderon
Original Assignee
Pierhor-Gasser Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Pierhor-Gasser Sa filed Critical Pierhor-Gasser Sa
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/06—Manufacture or mounting processes
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0074—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment
    • G04D3/0094—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for treatment of the material, e.g. surface treatment for bearing components
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/08—Lubrication

Definitions

  • the present invention relates to a watch stone constituting a bearing or counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide.
  • the present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising such a stone.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing such a stone.
  • a clockwork stone constituting a bearing or pivot bearing is a part comprising a hollow forming an oil container receiving a lubricant, said stone being pierced with a hole in which a pivot of a pivot axis moves.
  • a clockwork stone constituting a counter-pivot is an undrilled stone, flat on one side and curved on the other.
  • the tailstock sits on the bushing with the end of the axle pivot passing through the bushing pressing against the flat face of the tailstock.
  • the quality of the pivots and stones is of prime importance for the rate stability, the operating autonomy and for the longevity of a mechanical watch.
  • a bearing is required to work with a minimum of friction and to retain this quality for as long as possible.
  • the pivot, the stone and the lubricant must meet certain conditions, namely:
  • reach pivot There are two main types of pivots: the reach pivot and the cone pivot. Reach pivots are used in the cogs up to the escapement wheel except in very high quality movements where they go up to the seconds wheel. Cone pivots are used for the balance wheel and for the escape wheel in high quality watches.
  • fluid lubrication is an excellent solution in terms of a good coefficient of friction and low wear rates.
  • the oil is not free from defects: it spreads, runs, becomes contaminated, reddens, gums up and blocks the mechanism if it is too old.
  • Friction is defined by a dimensionless coefficient, noted p.
  • the dynamic coefficient of friction p can vary greatly depending, among other things, on the condition of the surfaces and environmental parameters. Thus, for a metal-metal contact in air, p can vary between 0.2 and 1.5. In the presence of a solid lubricant, it generally reaches between 0.05 and 1 and between 0.1 and 0.2 in the presence of a lubricating oil.
  • Tribology is the science that studies friction. We then speak of tribological contact when two surfaces are moved relative to each other. The complete tribological process of a contact between two surfaces, called partners, is complex to understand because it simultaneously involves friction, wear, mechanical deformations and chemical changes at different scales, as well as the transfer of materials.
  • Lubrication in watchmaking has three main objectives: to allow isochronism to be preserved reduce wear reduce energy loss by friction.
  • the lubricant must be chemically stable, that is to say retain its properties over time.
  • the lubricant must have good hold in place, not be subject to the phenomenon of evaporation, have good shear resistance to limit wear and have good resistance to cold. Finally, it must not have a corrosive effect on the lubricated surface.
  • Lubrication is obtained by applying foreign bodies placed between the partners, preventing the direct contact of the materials and resulting in a reduction in friction, therefore energy losses, a reduction in wear, and an increase in mechanical efficiency. . It can be of three forms: solid, liquid or gaseous.
  • PVD abbreviation of Physical Vapor Deposition
  • This process has been used for several years in industry, particularly in the watch industry for surface finishes. It makes it possible to deposit metals for which a deposit is difficult to carry out by the traditional galvanic way, or to deposit ceramics from metals with interesting properties from the mechanical, chemical or even aesthetic point of view.
  • the sputtering phenomenon is a physical mechanism. It can be compared to the clash between billiard balls. The incident ion bombarding the material target will set an atom of this material in motion, this movement will be transmitted to the other atoms in contact until the ejection of a surface atom. These atoms will then be deposited on the substrate.
  • the growth of the layer is dependent on the surface state on which it grows.
  • the layer reproduces the same surface condition, so that the roughness or surface defects will be found in the layer. It is by this method that lubricating coatings such as titanium silico carbide (TiSiC) and amorphous carbon are deposited, for example.
  • TiSiC is a ternary ceramic.
  • the layer formed on the substrate is composed of nano-crystallized titanium carbide (TiC), amorphous silicon carbide (SiC), and amorphous carbon (C).
  • TiC nano-crystallized titanium carbide
  • SiC amorphous silicon carbide
  • C amorphous carbon
  • the SiC molecules are repelled and cluster into nodules. There are then too many carbon atoms to bond with the titanium atoms.
  • the carbon gives lubricating properties to the layer and the silicon provides hardness due to the nodules present which put the layer under tension.
  • the tribological properties of this deposit are influenced by the transfer of elements between the partners in contact, the reduction of the roughness during the lapping of the contact, the tribochemical reactions between the TiC and H2O of the atmosphere resulting in the formation of a protective layer of titanium oxide (TiO x ) on the surface, and the release of amorphous carbon atoms.
  • the hardness of the deposit obtained is approximately 1000 to 1200HV. Its color is metallic gray, similar to a steel.
  • the amorphous carbon coating known by the English name “diamond like carbon” (DLC), is widely used in various sectors of industry and in watchmaking, as a functional or decorative surface treatment.
  • Carbon has two crystallized forms, called hybridizations, with very different properties. They are distinguished by the spatial arrangement of their atoms and the nature of the bonds.
  • the first hybridization named sp 2 , corresponds to the graphitic form of carbon. This hybridization forms a soft material, thermal and electrical conductor, black in color. It has a sheet structure, the atoms of which are arranged in hexagons. Covalent bonds, therefore strong, link the atoms of the same sheet to each other while Van der Waals bonds, weak bonds, link the sheets together, which is at the origin of the lubricating properties of graphite.
  • the second hybridization is the diamond form of carbon. This carbon hybridization is hard, transparent, insulating and of face-centered cubic structure, with covalent bonds.
  • An amorphous carbon coating consists of a varying amount of sp 3 (diamond) hybridization in an sp 2 (graphite) hybridization matrix.
  • the amorphous carbon coating, obtained by PVD, contains on average less than 5% hydrogen and between 40% and 80% sp 3 hybridization.
  • the layers obtained are dark gray to black in color, and have interesting hardness and friction resistance properties.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a method of manufacturing a watch stone constituting a bearing or a counter-pivot going beyond the current state of the art.
  • Another object of the invention is to propose a manufacturing method making it possible to manufacture extremely quickly and reliably clockwork stones constituting a bearing or a counter-pivot, components intended for clockwork movements whose demands in terms of performance and isochronism are extremely high.
  • Another object of the invention is to provide a clock stone constituting a bearing or counter-pivot having a surface whose properties are very substantially increased or improved compared to existing components.
  • the invention relates to a method of manufacturing a watch stone constituting a bearing or a counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide which comprises at least one part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, said method comprising: a) a step of manufacturing a stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide, said manufacturing step comprising at least a step of machining at least said part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis of the part made of silicon carbide; and b) a step of generating at least one layer of native epitaxial graphene on the outer surface of at least the part consisting of silicon carbide of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot obtained in step a) to obtain said clock stone constituting a bearing or a counter-pivot.
  • the machining of at least said part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis of the part made of silicon carbide of step a) comprises precision machining without force.
  • the invention relates to a method of manufacturing a watch stone constituting a bearing or a counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide which comprises at least one part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, said method comprising: c) a step of manufacturing a rough part of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide; d) a step of producing a blank of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide at least by machining the raw part obtained in step c); e) at least one step of machining the part consisting of silicon carbide of the blank obtained in step d) to form the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis; f) a step of generating at least one layer of native epitaxial graphene on the outer surface of at least the part consisting of silicon carbide of the blank
  • the machining of step e) and/or of step g) comprises precision machining without force.
  • step b) or f) for generating at least one layer of native epitaxial graphene is carried out by growth of the graphene by sublimation of the silicon carbide according to a process chosen from the group comprising heating in an oven and heating by a light source, under vacuum or under gas assistance.
  • native graphene on the silicon carbide surface of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot.
  • This native graphene will constitute a skin or layer which will cover the entire surface of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot.
  • This graphene will contribute to improving the properties of silicon carbide, with extremely high mechanical properties, by making it possible for example to obtain a better coefficient of friction, and to increase the properties of rigidity as well as the maximum admissible elastic stress.
  • the present invention also relates to a watch stone constituting a bearing or a counter-pivot obtained by the manufacturing process defined above.
  • the present invention also relates to a watch stone constituting a bearing or counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide, said part comprising at least one layer of native epitaxial graphene generated on its outer surface.
  • said part is intended at least to be in contact with a pivot of the pivot axis.
  • the watch stone constituting a bearing or a counter-pivot consists entirely of silicon carbide, and comprises at least one layer of generated native epitaxial graphene present on at least one part intended to be in contact with a pivot of the pivot axis, and preferably over its entire outer surface.
  • said clockwork stone constitutes a bearing, the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis being a hole, and at least one layer of native epitaxial graphene being generated on the surface of said hole.
  • the present invention also relates to a timepiece movement and a timepiece comprising a timepiece stone constituting a bearing or a counter-pivot as defined above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a pivot of a pivot axis positioned in a bearing comprising a bearing and a counter-pivot according to the invention
  • Said bearing conventionally comprises a stone of the bearing type 4 and a stone of the counter-pivot type 6 supported by a kitten 8.
  • the operation and configuration of such a bearing are known to those skilled in the art and here do not require more than details.
  • the bearing 4 is pierced with a hole 10 in which the pivot 1 moves. It also includes a recess 12 forming an oil container arranged to receive a lubricant.
  • the dimensions, for example, of a bearing are very small.
  • the outside diameter DE is typically between 0.5 mm and 3 mm
  • the thickness E is between 0.05 mm and 1 mm
  • the inside diameter of the hole 10 is between 0.05 mm and 2 mm.
  • the pivot can also be a reach pivot.
  • the bearing 4 can be curved in the case of a cone pivot or flat in the case of a reach pivot.
  • the hole 10 of the bearing 4 can be cylindrical or olive-shaped.
  • the counter-pivot 6 is an undrilled stone, flat on the side of the bearing 4 and curved on the other side.
  • the counter-pivot 6 is placed on the bearing 4, the end of the pivot 1 of the axis 2 crossing the bearing 4 pressing against the flat face of the counter-pivot 6.
  • the stone constituting a bearing 4 or a counter-pivot 6 comprises at least one part 14 made of silicon carbide, that is to say entirely of silicon carbide.
  • part 14 consists only of silicon carbide, with no other element added, except for the inevitable impurities. Indeed, such added elements are likely to harm a correct generation of native epitaxial graphene, or even to prevent the generation of native epitaxial graphene.
  • the silicon carbide is polycrystalline or monocrystalline.
  • the silicon carbide used in the invention is monocrystalline.
  • said part 14 comprises at least one native epitaxial graphene layer 16 generated at the outer surface of said part 14.
  • part 14 comprises a core of silicon carbide and at least one outer native graphene layer 16 , directly in contact with the silicon carbide core.
  • said part 14 is intended at least to be in contact with a pivot of the pivot axis.
  • the stone constituting the bearing 4 or the counter-pivot 6 consists entirely of silicon carbide (with the exception of the inevitable impurities), said at least one layer of native epitaxial graphene 16 generated being present on the entire external surface of the stone, or at least on the part or the zone intended to be in contact with a pivot of the pivot axis, such as for example the surfaces of the walls of the hole 10 for the bearing.
  • Native epitaxial graphene, generated by sublimation of silicon carbide can be distinguished from graphene obtained by other processes, such as by depositing a coating, by a lower mobility of charge carriers.
  • the native epitaxial graphene layer 16 has a charge carrier mobility of less than 5000 cm 2 V-1 s-1 , which makes it possible to distinguish it from a graphene coating obtained by deposition.
  • the native epitaxial graphene layer can also be distinguished from a graphene layer obtained by deposition by Raman spectroscopy.
  • the native epitaxial graphene layer also differs from a graphene layer obtained by CVD deposition for example by better adhesion.
  • the native epitaxial graphene layer 16 has been obtained by growth by sublimation of the silicon carbide of the part 14 consisting of silicon carbide. Details of the process will be given below.
  • the adhesion of such a layer of native epitaxial graphene on the silicon carbide is therefore excellent, without any risk of delamination.
  • the native epitaxial graphene layer 16 has a thickness comprised between 0.5 nm and 20 nm, preferably between 1 nm and 10 nm, and preferentially between 1 nm and 5 nm, limits included.
  • the part 14, with its native epitaxial graphene layer 16, and preferably all the stone constituting the pad 4 or the counter-pivot 6, according to the invention has a surface hardness greater than or equal to to 2000 HV, and preferably greater than or equal to 2500 HV, due to the use of silicon carbide. Vickers hardness test methods are defined in the following standards ASTM C1327 and ISO 6507.
  • the outer surface of the part 14 with its native epitaxial graphene layer 16, and preferably all the stone constituting the bearing 4 or the counter-pivot 6, according to the invention has a roughness Ra less than or equal to 0.5 ⁇ m, preferably less than or equal to 0.1 ⁇ m, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, more preferably less than or equal to 10 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, terminals included.
  • the roughness Ra is defined according to the ISO 4287 standard.
  • the layer or layers of graphene 16 make it possible to increase the tribological properties of the stone, in particular by very drastically reducing the coefficient of friction.
  • the stone according to the invention is therefore a part lubricated for life.
  • the layer or layers of graphene 16 also make it possible to increase the mechanical properties of the stone, in particular because graphene is at least 100 times more rigid than steel and tolerates extremely high elastic deformations.
  • the part 14 with its native epitaxial graphene layer 16, and preferably all the stone constituting the bearing 4 or the counter-pivot 6, according to the invention has a dynamic coefficient of friction very low, less than or equal to 0.2, preferably less than or equal to 0.1, and more preferably less than or equal to 0.05.
  • the part 14 with its native epitaxial graphene layer 16, and preferably all the stone constituting the bearing 4 or the counter-pivot 6, according to the invention has a toughness greater than or equal to 6 MPa.m 1/2 and a tensile strength Rm greater than or equal to 600 MPA.
  • the part 14 with its native epitaxial graphene layer 16, and preferably all the stone constituting the bearing 4 or the counter-pivot 6, according to the invention has a Young's modulus greater than or equal to 300 GPa. Young's modulus, toughness and tensile strength are measured and calculated by tensile-compression tests known to those skilled in the art.
  • the combination of silicon carbide and native epitaxial graphene makes it possible to obtain a bearing or counter-pivot type stone with all the performance required for this type of watch component, namely resistance to wear, low coefficient of friction, smooth state (Ra ⁇ 0.5 pm) for friction and isochronism, high maximum allowable elastic stress, while eliminating the adhesion problems of thin layers traditionally deposited to improve the properties of the base material.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a watch stone constituting a bearing 4 or a counter-pivot 6 as described above, said method comprising the following steps, described in relation to FIGS. 2a to 2d: a) a step of manufacturing a stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part 14 made of silicon carbide, as shown in FIGS.
  • said manufacturing step comprising at least a step of machining at least said part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis of the part 14 made of silicon carbide by precision machining without force; and b) a step of generating at least one layer of native epitaxial graphene 16 on the external surface of at least said part 14 consisting of silicon carbide of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot obtained at the step a), in particular at least on the external surface of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, to obtain said clockwork stone constituting a bearing 4 or a counter-pivot 6, as shown in Figure 2d.
  • Step a) of the method according to the invention advantageously comprises the following sub-steps, described in relation to FIGS. 2a to 2d: a1) a step of manufacturing a raw part of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part 14 made of silicon carbide, as shown in FIG. 2a; a2) a step of producing a blank of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part made of silicon carbide 14 at least by machining the raw part obtained in sub-step a1) , as shown in FIG. 2b; and a3) a step of machining at least the part made of silicon carbide 14 of the blank obtained in sub-step a2), as shown in FIG. 2c, said machining step a3) comprising at least the precision machining without force of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis.
  • the method of manufacturing a watch stone constituting a bearing 4 or a counter-pivot 6 comprising at least one part 14 made of silicon carbide which comprises at least one part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis may comprise, with reference to FIGS. 3a to 3e: c) a step of manufacturing a raw piece of stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part 14 consisting of silicon carbide, as represented in FIG.
  • step corresponding to sub-step a1) of the first variant of the method d) a step of producing a blank of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot comprising at least one part 14 made of silicon carbide at least by machining the raw part obtained in step c), as represented in FIG. 3b, this step corresponding to sub-step a2) of the first variant of the method; e) at least one step of machining the part made of silicon carbide 14 of the blank obtained in step d) to form the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, such as hole 10, as shown in FIG.
  • step e a step of generating at least one layer of native epitaxial graphene 16 on the outer surface of at least the part 14 made of silicon carbide of the blank obtained in step e), and in particular on said part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, such as the surfaces of the hole 10 for example, as represented in FIG.
  • step 3d this step being similar to step b) of the first variant of the method; and g) at least one step of machining the blank obtained in step f), with the exception of said part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis made of silicon carbide on which the graphene layer 16 obtained in step f) has been generated to obtain said watch stone constituting a bearing 4 or a counter-pivot 6, as represented in FIG. 3e.
  • step e) and/or step g) includes precision machining without force.
  • a method of manufacturing said bearing may comprise: a′) a step of manufacturing a stone intended to constitute a bearing comprising at least the part 14 made of silicon carbide comprising said one hole 10, or of a blank of such a stone; and b′) a step of generating at least one layer of native epitaxial graphene 16 at least on the external surface of the hole 10 of the part 14 made of silicon carbide of the stone intended to constitute a pad or its blank obtained in step a) to obtain said pad 4 or a blank.
  • step a′) makes it possible to obtain a practically finished pad, in which only the graphene layers generated according to step b′) are missing, similarly to the method comprising steps a) and b).
  • Step a′) can comprise the same sub-steps a1) to a3) as step a) according to the invention, precision machining without force being preferably used during step a3).
  • step a′) makes it possible to obtain a bearing blank in which at least the hole 10 is machined, preferably by precision machining without force, the graphene layers being generated at least on the surface of the hole 10 according to step b'), and the method then comprises at least one additional step of machining (preferably precision machining without force) of the blank obtained in step b'), at the exception of hole 10, to obtain the finished bearing 4, similarly to the process according to steps c) to g).
  • the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot is formed in its entirety by said part 14 consisting entirely of silicon carbide, with the exception of the inevitable impurities, the at least one layer of native epitaxial graphene 16 being generated over its entire outer surface, or at least over the outer surface of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, so that said clockwork stone constituting a bearing 4 or a counter-pivot 16 obtained is made entirely of silicon carbide totally covered with at least one layer of native epitaxial graphene 16 or at least the part intended to be in contact with a pivot of the pivot axis, such as the walls of the hole 10, has at least a layer of native epitaxial graphene 16, the native epitaxial graphene layer generated on the parts which are not intended to be in contact with a pivot of the pivot axis possibly having been eliminated by subsequent machining according to step g) .
  • sub-step a1) or step c) is carried out by laser machining methods, by water jet or any other method of removal of material or by appropriate cutting.
  • the raw part of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot is made entirely of silicon carbide, with the exception of the inevitable impurities.
  • Such a blank is obtained for example from wafers of monocrystalline or polycrystalline silicon carbide or in any other crystalline configuration.
  • the machining performed during sub-step a2) or step d) to produce the blanks is machining by material removal, using methods similar to those of sub-step a1 ) or step c).
  • the blank obtained is in the form of an undrilled flat stone, as shown in Figure 2b or 3b. This blank is produced if necessary with the necessary dimensions to obtain a bearing or counter-pivot ultimately presenting the desired geometric characteristics, taking into account all the stages of the process.
  • the machining carried out during sub-step a3) consists in carrying out various operations necessary to obtain a bearing or a counter-pivot , such as the drilling of the hole 10, the machining of the inside diameter DI of the hole 10, the machining of the outside diameter DE of the stone, the machining of the recess 12 and the crown if necessary, and the olive-dressing of the hole 10, all or part of these operations being carried out according to the destination of the stone.
  • the machining carried out during step e) consists in carrying out various operations necessary to obtain the part intended to be in contact with a pivot d a pivot axis of a bearing or a counter-pivot, such as the drilling of the hole 10, the machining of the internal diameter DI of the hole 10, the machining of the recess 12 and the olivage of the hole 10 in the case of a bearing for example.
  • the machining carried out during step g) consists in carrying out various operations necessary to obtain a bearing or a counter-pivot, not carried out in step e), such as the machining of the outside diameter DE of the stone, the machining of the recess 12 if it has not been formed in step e), the machining of the crown if necessary, all or part of these operations being carried out according to the destination of the stone.
  • step e) or step g) is carried out by precision machining without force at least of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis of the part 14 made of silicon carbide of the blank in the case of sub-step a3), at least of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis consisting of silicon carbide in the case of step e), or at least of the part 14 consisting of silicon carbide on which has been generated the native epitaxial graphene layer 16 during step f) and which is not intended to be in contact with a pivot of the pivot axis in the case of step g).
  • the drilling and the olivage can be carried out by precision machining without force, the other machining operations of the internal diameter DI of the hole 10, of the external diameter DE of the stone, of the hollow 12 and of the convexity if necessary, being made in the traditional way.
  • machining without force is called unconventional machining according to which there is no mechanical action transmitted by direct contact and force between a tool and the part, unlike conventional machining where there is direct contact. between the tool and the workpiece and in which large cutting forces are involved. Machining without force is therefore machining without direct contact between the part to be machined and a machining tool which would be likely to exert a force or a constraint on said part.
  • the precision machining without force carried out during step a), and more particularly during sub-step a3), during step e) or during step g) is femto laser turning, ECM electrochemical turning, or spark erosion turning (eg wire EDM).
  • the machining operations of one or the other of this step a3) or e) or g) are advantageously carried out by femtosecond pulsed laser micromachining with a laser of wavelengths comprised for example between 200 nm and 2000 nm, preferably between 400 nm and 1000 nm, limits included.
  • the parameters of the laser can be for example: average power between 1 W and 100 W, energy per pulse between 20 J and 4000 pJ, frequency between 100 kHz and 1000 kHz, pulse duration between 100 fs and 2 ps. Femto laser turning attacks the rotating part radially and not normally, and without heat transfer.
  • the sub-step a3) of precision machining without force is the last sub-step of the manufacturing step a) of the stone intended to constitute a bearing or counter-pivot making it possible to obtain at least one part 14 consisting of finished silicon carbide on the external surface of which at least one native epitaxial graphene layer 16 will be generated according to step b).
  • this last operation of the process for preparing the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot makes it possible to achieve surface states with a roughness Ra preferably less than or equal to at 100nm.
  • At least the part 14 consisting of finished silicon carbide obtained in sub-step a3) has a roughness Ra less than or equal to 0.5 ⁇ m, and preferably less than or equal to 0.1 ⁇ m, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, more preferably less than or equal to 10 nm, and more preferably between 5 nm and 9 nm, terminals included, which makes it possible to avoid traditional finishing operations, such as polishing, requiring the stones to be moved to a finishing machine different from the machining machine.
  • step g) of precision machining without force is the last step of the method of manufacturing the watch stone constituting a bearing 4 or a counter -pivot 6.
  • the outer surface of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis made of silicon carbide on which at least one layer of native epitaxial graphene 16 obtained in step f) has been generated and the external surface of the part not intended to be in contact with a pivot of a pivot axis obtained in step g) have a roughness Ra less than or equal to 0.5 ⁇ m, and preferably less than or equal to 0.1 ⁇ m, preferably less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 25 nm, preferably less than or equal to 20 nm, preferably less than or equal to 15 nm, and preferably less than or equal to 12 nm, more preferably less than or equal at 10 nm, and more preferably between
  • step b) or step f) for generating at least one layer of native epitaxial graphene 16 is carried out by growing native thermal graphene on the surface of at least the part 14 made of silicon carbide of the stone intended to constitute a bearing or a counter-pivot or at least on the external surface of the part intended to be in contact with a pivot of a pivot axis, by sublimation of the silicon carbide , preferably according to a process chosen from the group comprising heating in a furnace under vacuum or under gas assistance, heating by a light source (infrared lamp or infrared laser) in chambers under vacuum or under gas assistance, or by any other suitable method.
  • the generation of multiple layers native graphene can also be made, for example, by processes using hydrogen.
  • the native epitaxial graphene layer 16 has a thickness comprised between 0.5 nm and 20 nm, preferably between 1 nm and 10 nm, and preferentially between 1 nm and 5 nm.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain a watch stone constituting a bearing or a counter-pivot having improved mechanical properties, in particular better rigidity and a very low coefficient of friction. Moreover, when the machining of the stone is carried out by precision machining without force, a process which is particularly rapid and simple to implement is obtained. Indeed, the method according to the invention makes it possible to eliminate all the finishing operations requiring movement of the stones between the machining machine and the finishing machines traditionally used, so that the number of operations necessary for the manufacture of the stone is reduced, the production time being considerably reduced.
  • the machining of a complete bearing by femto laser takes, considering only operations by femto laser, between 12 and 18 seconds, this according to the current state of the art.
  • This time includes the machining operations of the outer diameter, the inner diameter, the binding of the latter, the machining of the hollow and the crown.
  • this time can be further reduced and optimized.
  • silicon carbide advantageously makes it possible to easily form at least one layer of native epitaxial graphene.
  • the graphene layer is hydrophobic, which improves the stone's resistance to corrosion.
  • the graphene layer with a very low coefficient of dynamic friction also eliminates lubrication.

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Abstract

La présente invention concerne une pierre d'horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, ladite partie (14) comprenant au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) générée à sa surface externe. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle pierre (4), ledit procédé comprenant: a) une étape de fabrication d'une pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium, ladite étape de fabrication comprenant au moins une étape d'usinage d'au moins ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement par un usinage de précision sans force; et b) une étape de génération d'au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) sur la surface externe d'au moins la partie (14) constituée de carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot obtenue à l'étape a) pour obtenir ladite pierre d'horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot.

Description

PIERRE D’HORLOGERIE ET PROCEDE DE FABRICATION D’UNE TELLE PIERRE
Domaine technique
La présente invention concerne une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie réalisée en carbure de silicium.
La présente invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d’horlogerie comprenant une telle pierre.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle pierre.
Etat de la technique
Une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou palier de pivotement est une pièce comportant une creusure formant un huilier recevant un lubrifiant, ladite pierre étant percée d’un trou dans lequel se meut un pivot d'un axe de pivotement.
Une pierre d’horlogerie constituant un contre-pivot est une pierre non percée, plate d'un côté et bombée de l'autre. Le contre-pivot est placé sur le coussinet, le bout du pivot de l'axe traversant le coussinet appuyant contre la face plate du contre- pivot.
Ces pierres sont utilisées pour réduire les frottements au niveau du pivot. Elles sont traditionnellement réalisées à partir de corindon, sous forme de saphir ou de rubis, ou le plus souvent maintenant à partir de rubis synthétique. Le rubis étant très coûteux, il a été proposé par exemple dans le brevet FR 2322113 de le remplacer par du carbure de silicium fritté enrichi de 3 à 4% en poids en carbure de bore.
La qualité des pivots et des pierres est de première importance pour la stabilité de marche, l’autonomie de marche et pour la longévité d’une montre mécanique. On demande d’un palier qu’il travaille avec un minimum de frottement et qu’il conserve cette qualité aussi longtemps que possible. Pour réaliser cette double exigence il faut que le pivot, la pierre et le lubrifiant remplissent certaines conditions, à savoir :
• l’état de surface des pivots et des pierres doit être aussi soigné que possible
• le diamètre des pivots doit être faible, surtout pour l’organe régulateur balancier- échappement
• les dimensions et le profil des pierres doit permettre de recevoir une certaine quantité d’huile qu’elles doivent conserver autour du pivot en l’empêchant de se répandre sur les tiges ou sur les pierres en dehors d’une certaine limite.
Pour retenir une quantité d’huile maximum pour un pivot de dimensions données, il faut réaliser un angle de capillarité d’environ 20° entre le pivot et l’huilier, ce qui permet à l’huilier de maintenir l’huile de façon stable. Il doit également y avoir un « jeu » suffisant entre le pivot et le trou de la pierre. Si ce jeu est insuffisant l’huile n’arrive pas à constituer un tampon de lubrifiant entre les parois du trou et du pivot.
Il existe deux grands types de pivots : le pivot à portée et le pivot à cône. Les pivots à portée sont utilisés dans les rouages jusqu’à la roue d’échappement sauf dans les mouvements de très haute qualité où ils vont jusqu’à la roue de seconde. Les pivots à cône sont utilisés pour l’axe de balancier et pour la roue d’échappement dans les montres de haute qualité.
En horlogerie, la lubrification fluide est une excellente solution en termes de bon coefficient de frottement et de faibles taux d'usure. Toutefois, l’huile n'est pas exempte de défauts : elle s'étale, coule, se contamine, rougit, gomme et bloque le mécanisme si elle est trop ancienne.
Des études se sont portées vers des lubrifiants à sec voire même des surfaces ou dispositifs mécaniques autolubrifiants. Des recherches tournent également autour des qualités du diamant ou du silicium. Certains proposent des solutions encore différentes pour certaines applications bien précises, tels que des roulements à billes d'horlogerie sans lubrification, dans lesquels les billes sont faites d'un alliage spécial. Le frottement est défini par un coefficient sans dimension, noté p. Dans la présente demande, un coefficient de frottement est un coefficient de frottement dynamique. Il est caractérisé par la relation suivante : = Ft/Fn, où Ft est la force de frottement et Fn la charge normale à la surface.
Le coefficient de frottement dynamique p peut grandement varier en fonction, entre autres, de l’état des surfaces et des paramètres environnementaux. Ainsi, pour un contact métal-métal à l’air, p peut varier entre 0.2 et 1.5. En présence d’un lubrifiant solide, il atteint en général entre 0.05 et 1 et entre 0.1 et 0.2 en présence d’une huile de lubrification.
La tribologie est la science qui étudie les frottements. On parle alors de contact tribologique lorsque deux surfaces sont mises en mouvement relatif l’une par rapport à l’autre. Le processus tribologique complet d'un contact entre deux surfaces, appelées partenaires, est complexe à appréhender car il implique simultanément des frottements, des usures, des déformations mécaniques et des changements chimiques à différentes échelles, ainsi que le transfert de matières.
Cinq paramètres principaux influencent le contact : la nature, la différence de dureté et l’état de surface des deux matériaux en contact, ainsi que la taille et la dureté des débris présents, qui proviennent soit d'une source extérieure soit de l'usure des partenaires. Tous ces phénomènes influencent le frottement et se traduisent par des pertes d’énergie dans le contact. Le frottement engendre une énergie mécanique sous forme de chaleur.
Cette élévation de température favorise les phénomènes de soudure, de diffusion d’éléments ou encore de réaction avec le milieu ambiant (oxydation, formations de sels). Par ailleurs, d'autres éléments exercent une influence, comme les paramètres environnementaux (température, humidité, présences de polluants, etc.), les forces impliquées et la vitesse du mouvement lors du contact.
La lubrification en horlogerie a trois objectifs principaux : permettre la conservation de l'isochronisme réduire l’usure diminuer la perte d’énergie par frottement.
De plus, le lubrifiant doit être stable chimiquement, c'est-à-dire conserver ses propriétés au cours du temps. Le lubrifiant doit avoir une bonne tenue en place, ne pas être soumis au phénomène d’évaporation, avoir une bonne résistance au cisaillement pour limiter l’usure et posséder une bonne tenue au froid. Enfin, il ne doit pas avoir d’effet corrosif sur la surface lubrifiée.
La lubrification s’obtient par application de corps étrangers placés entre les partenaires, empêchant le contact direct des matières et se traduisant par une diminution du frottement, donc des pertes d’énergie, une diminution de l’usure, et une augmentation du rendement mécanique. Elle peut être de trois formes : solide, liquide ou gazeuse.
Le PVD (abréviation de Physical Vapor Deposition, dépôt en phase vapeur par voie physique) est une technique permettant de réaliser des couches minces de revêtements lubrifiants.
Ce procédé est employé depuis plusieurs années dans les industries, notamment dans l’industrie horlogère pour les finitions de surfaces. Il permet de déposer des métaux pour lesquels un dépôt est difficile à réaliser par la voie traditionnelle galvanique, ou encore de déposer à partir de métaux des céramiques aux propriétés intéressantes du point de vue mécanique, chimique ou encore esthétique.
On peut réaliser par exemple des dépôts par pulvérisation cathodique. C’est une technique de dépôt sous vide en plasma. Elle se fait à température ambiante dans une enceinte maintenue à pression basse (de l’ordre de 101 à 102 Pa). Elle permet de déposer tous les types de matériaux, qu’ils soient simples ou composés, conducteurs ou diélectriques, sur tous les types de substrats, conducteurs ou non, pouvant être mis sous vide et supportant un léger échauffement.
Le phénomène de la pulvérisation est un mécanisme physique. Il peut être comparé au choc entre des boules de billard. L’ion incident bombardant le matériau cible va mettre en mouvement un atome de ce matériau, ce mouvement va être transmis aux autres atomes en contact jusqu’à l’éjection d’un atome de surface. Ces atomes vont ensuite se déposer sur le substrat.
La croissance de la couche est dépendante de l’état de surface sur lequel elle croit. La couche reproduit le même état de surface, de sorte que la rugosité ou les défauts de surface vont se retrouver dans la couche. C’est par cette méthode que sont déposés, par exemple, les revêtements lubrifiants comme le silico carbure de titane (TiSiC) et le carbone amorphe.
Le TiSiC est une céramique ternaire. La couche formée sur le substrat est composée de carbure de titane (TiC) nano-cristallisé, de carbure de silicium (SiC) amorphe, et de carbone (C) amorphe. Les molécules de SiC sont repoussées et se regroupent en nodules. Il y a alors trop d’atomes de carbone pour se lier avec les atomes de titane. Le carbone donne des propriétés lubrifiantes à la couche et le silicium apporte la dureté du fait des nodules présents qui mettent la couche en tension.
Les propriétés tribologiques de ce dépôt sont influencées par le transfert d’éléments entre les partenaires en contact, la réduction de la rugosité lors du rodage du contact, les réactions tribochimiques entre le TiC et H2O de l’atmosphère aboutissant à la formation d’une couche protectrice d’oxyde de titane (TiOx) en surface, et au dégagement d’atomes de carbone amorphe.
La dureté du dépôt obtenu est d’environ 1000 à 1200HV. Sa couleur est gris métallique, semblable à un acier.
Le revêtement de carbone amorphe, connu sous la dénomination anglaise «diamond like carbon» (DLC), est largement employé dans divers secteurs de l’industrie et en horlogerie, comme traitement de surface fonctionnel ou décoratif. Le carbone possède deux formes cristallisées, nommées hybridations, aux propriétés très différentes. Elles se distinguent par l’arrangement spatial de leurs atomes et la nature des liaisons. La première hybridation, nommé sp2, correspond à la forme graphitique du carbone. Cette hybridation forme un matériau mou, conducteur thermique et électrique, de couleur noire. Il a une structure en feuillet, dont les atomes sont disposés selon des hexagones. Des liaisons covalentes, donc fortes, lient les atomes d’un même feuillet entre eux alors que des liaisons Van der Waals, des liaisons faibles, lient les feuillets ensemble, ce qui est à l’origine des propriétés lubrifiantes du graphite.
La deuxième hybridation, nommé sp3, est la forme diamant du carbone. Cette hybridation du carbone est dure, transparente, isolante et de structure cubique face centrée, avec des liaisons covalentes.
Un revêtement de carbone amorphe est constitué d’une quantité variable d’hybridation sp3 (diamant) dans une matrice d’hybridation sp2 (graphite). Le revêtement de carbone amorphe, obtenu par PVD contient en moyenne moins de 5 % d’hydrogène et entre 40 % et 80 % d’hybridation sp3.
Les couches obtenues sont de couleur gris foncé à noire, et possèdent d’intéressantes propriétés de dureté et de résistance au frottement.
Toutefois le dépôt d’un revêtement dur a pour inconvénient d'entrainer des risques importants de délamination de la couche dure et donc la formation de débris qui peuvent circuler autour du pivot et plus globalement à l’intérieur du mouvement horloger et venir perturber le fonctionnement de ce dernier, ce qui n’est pas satisfaisant.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d’une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot dépassant l’état de la technique actuelle.
Un autre but de l’invention est de proposer un procédé de fabrication permettant de fabriquer extrêmement rapidement et de manière fiable des pierres d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot, composants destinés à des mouvements horlogers dont les demandes en termes de performance et d’isochronisme sont extrêmement élevées. Un autre but de l’invention est de proposer une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot présentant une surface dont les propriétés sont très sensiblement augmentées ou améliorées par rapport aux composants existants.
Divulgation de l’invention
A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, ledit procédé comprenant : a) une étape de fabrication d’une pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium, ladite étape de fabrication comprenant au moins une étape d’usinage d’au moins ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement de la partie constituée de carbure de silicium ; et b) une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif sur la surface externe d’au moins la partie constituée de carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre- pivot obtenue à l’étape a) pour obtenir ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot.
Selon l’invention, l’usinage d’au moins ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement de la partie constituée de carbure de silicium de l’étape a) comprend un usinage de précision sans force.
Selon une autre variante, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, ledit procédé comprenant : c) une étape de fabrication d’une pièce brute de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium ; d) une étape de réalisation d’une ébauche de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à l’étape c) ; e) au moins une étape d’usinage de la partie constituée de carbure de silicium de l’ébauche obtenue à l’étape d) pour former la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement ; f) une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif sur la surface externe d’au moins la partie constituée de carbure de silicium de l’ébauche obtenue à l’étape e) ; et g) au moins une étape d’usinage de l’ébauche obtenue à l’étape f), à l’exception de ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement constituée de carbure de silicium sur laquelle s’est générée la couche de graphène obtenue à l’étape f), pour obtenir ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot.
Selon l’invention, l’usinage de l’étape e) et/ou de l’étape g) comprend un usinage de précision sans force.
D’une manière particulièrement préférée, l’étape b) ou f) de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif est réalisée par croissance du graphène par sublimation du carbure de silicium selon un procédé choisi parmi le groupe comprenant un chauffage dans un four et un chauffage par une source de lumière, sous vide ou sous assistance gazeuse.
Concrètement, on procède à la génération de graphène natif à la surface en carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot. Ce graphène natif va constituer une peau ou couche qui va recouvrir toute la surface de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot. Ce graphène va contribuer à améliorer les propriétés du carbure de silicium, avec des propriétés mécaniques extrêmement élevées, en permettant par exemple d’obtenir un meilleur coefficient de friction, et d’augmenter les propriétés de rigidité ainsi que la contrainte élastique maximum admissible.
La présente invention concerne également une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot obtenue par le procédé de fabrication défini ci- dessus.
La présente invention concerne également une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium, ladite partie comprenant au moins une couche de graphène épitaxial natif générée à sa surface externe. Avantageusement, ladite partie est destinée au moins à être en contact avec un pivot de l'axe de pivotement.
D’une manière particulièrement avantageuse, la pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot est constituée entièrement de carbure de silicium, et comprend au moins une couche de graphène épitaxial natif générée présente sur au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot de l'axe de pivotement, et de préférence sur toute sa surface externe.
D’une manière particulièrement avantageuse, ladite pierre d’horlogerie constitue un coussinet, la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement étant un trou, et au moins une couche de graphène épitaxial natif étant générée sur la surface dudit trou.
La présente invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d’horlogerie comprenant une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot telle que définie ci-dessus.
Brève description des dessins
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante d’un mode de réalisation de l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématisée d’un pivot d’un axe de pivotement positionné dans un palier comprenant un coussinet et un contre-pivot selon l'invention;
- les figures 2a à 2d représentent schématiquement les étapes d'une première variante du procédé de fabrication selon l'invention ; et
- les figures 3a à 3e représentent schématiquement les étapes d'une deuxième variante du procédé de fabrication selon l'invention.
Modes de réalisation de l’invention
En référence à la figure 1 , il est représenté par exemple un pivot à cône 1 d’un axe de pivotement horloger 2, tel qu'un axe de balancier, monté dans un palier. Ledit palier comprend classiquement une pierre de type coussinet 4 et une pierre de type contre-pivot 6 supportés par un chaton 8. Le fonctionnement et la configuration d’un tel palier sont connus de l'homme du métier et ne nécessitent pas ici plus de détails.
En référence aux figures 2c et 2d, le coussinet 4 est percé d’un trou 10 dans lequel se meut le pivot 1. Il comprend également une creusure 12 formant un huilier agencé pour recevoir un lubrifiant.
Les dimensions par exemple d'un coussinet sont très petites. En référence à la figure 2c, le diamètre extérieur DE est typiquement compris entre 0.5 mm et 3 mm, l’épaisseur E est comprise entre 0.05 mm et 1 mm, et le diamètre intérieur du trou 10 est compris entre 0.05 mm et 2 mm.
Dans un autre exemple non représenté, le pivot peut être également un pivot à portée.
Le coussinet 4 peut être bombé dans le cas d’un pivot à cône ou plat dans le cas d’un pivot à portée. Le trou 10 du coussinet 4 peut être cylindrique ou olivé.
Le contre-pivot 6 est une pierre non percée, plate du côté du coussinet 4 et bombée de l'autre côté. Le contre-pivot 6 est placé sur le coussinet 4, le bout du pivot 1 de l'axe 2 traversant le coussinet 4 appuyant contre la face plate du contre- pivot 6.
La pierre constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 6 comprend au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium, c’est-à-dire intégralement en carbure de silicium. D’une manière avantageuse, la partie 14 est constituée uniquement de carbure de silicium, sans autre élément ajouté, à l'exception des inévitables impuretés. En effet, de tels éléments ajoutés sont susceptibles de nuire à une génération correcte du graphène épitaxial natif, voire même d’empêcher la génération de graphène épitaxial natif.
De préférence, le carbure de silicium est polycristallin ou monocristallin. De préférence, le carbure de silicium utilisé dans l’invention est monocristallin.
Selon l’invention, ladite partie 14 comprend au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 générée à la surface externe de ladite partie 14. Ainsi, la partie 14 comprend un cœur de carbure de silicium et au moins une couche de graphène natif 16 extérieure, directement au contact du cœur de carbure de silicium.
Avantageusement, ladite partie 14 est destinée au moins à être en contact avec un pivot de l'axe de pivotement.
Avantageusement, la pierre constituant le coussinet 4 ou le contre-pivot 6 est constituée entièrement de carbure de silicium (à l'exception des inévitables impuretés), ladite au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 générée étant présente sur toute la surface externe de la pierre, ou au moins sur la partie ou la zone destinée à être en contact avec un pivot de l'axe de pivotement, comme par exemple les surfaces des parois du trou 10 pour le coussinet. Le graphène épitaxial natif, généré par sublimation du carbure de silicium, peut se distinguer du graphène obtenu par d'autres procédés, tels que par dépôt d’un revêtement, par une plus faible mobilité de porteurs de charge.
Plus particulièrement, la couche de graphène épitaxial natif 16 a une mobilité de porteurs de charge inférieure à 5000 cm2 V-1 s-1 , ce qui permet de la distinguer d’un revêtement de graphène obtenu par dépôt.
La couche de graphène épitaxial natif peut également se distinguer d’une couche de graphène obtenue par dépôt par spectroscopie Raman.
La couche de graphène épitaxial natif se distingue également d’une couche de graphène obtenue par dépôt par CVD par exemple par une meilleure adhérence.
Selon les variantes, il est possible d’avoir une ou plusieurs couches de graphène épitaxial natif 16.
D’une manière préférée, la couche de graphène épitaxial natif 16 a été obtenue par croissance par sublimation du carbure de silicium de la partie 14 constituée de carbure de silicium. Des détails sur le procédé seront donnés ci- dessous. L'adhérence d’une telle couche de graphène épitaxial natif sur le carbure de silicium est donc excellente, sans aucun risque de délamination.
De préférence, la couche de graphène épitaxial natif 16 présente une épaisseur comprise entre 0.5 nm et 20 nm, de préférence entre 1 nm et 10 nm, et préférentiellement entre 1 nm et 5 nm, bornes incluses.
D’une manière particulièrement avantageuse, la partie 14, avec sa couche de graphène épitaxial natif 16, et de préférence toute la pierre constituant le coussinet 4 ou le contre-pivot 6, selon l’invention, présente une dureté de surface supérieure ou égale à 2000 HV, et de préférence supérieure ou égale à 2500 HV, du fait de l’utilisation de carbure de silicium. Les méthodes d’essais de dureté Vickers sont définies dans les normes suivantes ASTM C1327 et ISO 6507.
D’une manière particulièrement avantageuse, la surface externe de la partie 14 avec sa couche de graphène épitaxial natif 16, et de préférence toute la pierre constituant le coussinet 4 ou le contre-pivot 6, selon l’invention présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, de préférence inférieure ou égale à 0.1 pm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses. La rugosité Ra est définie selon la norme ISO 4287.
La couche ou les couches de graphène 16 permettent d’augmenter les propriétés tribologiques de la pierre, notamment en réduisant de façon très drastique le coefficient de frottement. La pierre selon l’invention est donc une pièce lubrifiée à vie.
La couche ou les couches de graphène 16 permettent également d’augmenter les propriétés mécaniques de la pierre, notamment du fait que le graphène est au minimum 100 fois plus rigide que l’acier et tolère des déformations élastiques extrêmement élevées.
De ce fait, d’une manière particulièrement avantageuse, la partie 14 avec sa couche de graphène épitaxial natif 16, et de préférence toute la pierre constituant le coussinet 4 ou le contre-pivot 6, selon l’invention présente un coefficient de frottement dynamique très faible, inférieur ou égal à 0.2, de préférence inférieur ou égal à 0.1 , et plus préférentiellement inférieur ou égal à 0.05.
De plus, d’une manière particulièrement avantageuse, la partie 14 avec sa couche de graphène épitaxial natif 16, et de préférence toute la pierre constituant le coussinet 4 ou le contre-pivot 6, selon l’invention présente une ténacité supérieure ou égale à 6 MPa.m1/2 et une résistance à la traction Rm supérieure ou égale à 600 MPA.
D’une manière particulièrement avantageuse, la partie 14 avec sa couche de graphène épitaxial natif 16, et de préférence toute la pierre constituant le coussinet 4 ou le contre-pivot 6, selon l’invention présente un module de Young supérieur ou égal à 300 GPa. Le module d’Young, la ténacité et la résistance à la traction sont mesurés et calculés par des essais de traction-compression connus de l’homme du métier.
Ainsi, l'association carbure de silicium et graphène épitaxial natif permet d'obtenir une pierre de type coussinet ou contre-pivot présentant toutes les performances requises pour ce type de composant horloger, à savoir résistance à l’usure, coefficient de frottement faible, état lisse (Ra < 0.5 pm) pour le frottement et l’isochronisme, contrainte élastique maximum admissible élevée, tout en supprimant les problèmes d'adhérence des couches minces traditionnellement déposées pour améliorer les propriétés du matériau de base.
L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 6 tel que décrite ci-dessus, ledit procédé comprenant les étapes suivantes, décrites en relation avec les figures 2a à 2d: a) une étape de fabrication d’une pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium, comme représenté sur les figures 2a à 2c, ladite étape de fabrication comprenant au moins une étape d’usinage d’au moins ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement de la partie 14 constituée de carbure de silicium par un usinage de précision sans force ; et b) une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 sur la surface externe d’au moins ladite partie 14 constituée de carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot obtenue à l’étape a), en particulier au moins sur la surface externe de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, pour obtenir ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 6, comme représenté sur la figure 2d.
L’étape a) du procédé selon l'invention comporte avantageusement les sous- étapes suivantes, décrites en relation avec les figures 2a à 2d : a1) une étape de fabrication d’une pièce brute de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium, comme représenté sur la figure 2a ; a2) une étape de réalisation d’une ébauche de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie constituée de carbure de silicium 14 au moins par usinage de la pièce brute obtenue à la sous-étape a1), comme représenté sur la figure 2b ; et a3) une étape d’usinage au moins de la partie constituée de carbure de silicium 14 de l’ébauche obtenue à la sous-étape a2), comme représenté sur la figure 2c, ladite étape d’usinage a3) comprenant au moins l’usinage de précision sans force de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement.
Selon une autre variante, le procédé de fabrication d’une pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 6 comprenant au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement selon l'invention peut comprendre, en référence aux figures 3a à 3e: c) une étape de fabrication d’une pièce brute de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium , comme représenté sur la figure 3a, cette étape correspondant à la sous- étape a1) de la première variante du procédé; d) une étape de réalisation d’une ébauche de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à l’étape c), comme représenté sur la figure 3b, cette étape correspondant à la sous- étape a2) de la première variante du procédé ; e) au moins une étape d’usinage de la partie constituée de carbure de silicium 14 de l’ébauche obtenue à l’étape d) pour former la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, tel que le trou 10, comme représenté sur la figure 3c, ledit trou 10 pouvant être olivé lors de cette étape e) ; f) une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 sur la surface externe d’au moins la partie 14 constituée de carbure de silicium de l’ébauche obtenue à l’étape e), et notamment sur ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, tel que les surfaces du trou 10 par exemple, comme représenté sur la figure 3d, cette étape étant similaire à l’étape b) de la première variante du procédé ; et g) au moins une étape d’usinage de l’ébauche obtenue à l’étape f), à l’exception de ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement constituée de carbure de silicium sur laquelle s’est générée la couche de graphène 16 obtenue à l’étape f), pour obtenir ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 6, comme représenté sur la figures 3e.
L’usinage de l’étape e) et/ou de l’étape g) comprend un usinage de précision sans force.
Selon un autre mode de réalisation appliqué spécifiquement à une pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 comprenant au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium, ladite partie 14 comprenant un trou 10 destiné à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, un procédé de fabrication dudit coussinet peut comprendre: a') une étape de fabrication d’une pierre destinée à constituer un coussinet comprenant au moins la partie 14 constituée de carbure de silicium comprenant ledit un trou 10, ou d’une ébauche d’une telle pierre; et b') une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 au moins sur la surface externe du trou 10 de la partie 14 constituée de carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou de son ébauche obtenue à l’étape a) pour obtenir ledit coussinet 4 ou une ébauche.
Selon une variante, l’étape a’) permet d’obtenir un coussinet pratiquement fini, dans lequel seules manquent les couches de graphène générées selon l’étape b’), de manière similaire au procédé comprenant les étapes a) et b). L’étape a’) peut comprendre les mêmes sous-étapes a1) à a3) que l’étape a) selon l’invention, un usinage de précision sans force étant de préférence utilisé lors de l’étape a3).
Selon une autre variante, l’étape a’) permet d’obtenir une ébauche de coussinet dans laquelle au moins le trou 10 est usiné, de préférence par un usinage de précision sans force, les couches de graphène étant générées au moins à la surface du trou 10 selon l’étape b’), et le procédé comprend ensuite au moins une étape supplémentaire d’usinage (de préférence un usinage de précision sans force) de l’ébauche obtenue à l’étape b’), à l’exception du trou 10, pour obtenir le coussinet 4 fini, de manière similaire au procédé selon les étapes c) à g).
Toutes les informations de la description ci-dessus et ci-après relative aux procédés selon les étapes a) à b) ou c) à g) selon l’invention s’appliquent également au procédé selon les étapes a’) à b’).
Avantageusement, la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre- pivot est formée dans son entier par ladite partie 14 constituée entièrement de carbure de silicium, à l'exception des inévitables impuretés, la au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 étant générée sur toute sa surface externe, ou au moins sur la surface externe de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, de sorte que ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 16 obtenue est entièrement en carbure de silicium totalement couvert d’au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 ou au moins la partie destinée à être en contact avec un pivot de l'axe de pivotement, tel que les parois du trou 10, présente au moins une couche de graphène épitaxial natif 16, la couche de graphène épitaxial natif générée sur les parties qui ne sont pas destinées à être en contact avec un pivot de l’axe de pivotement pouvant avoir été éliminée par un usinage ultérieur selon l’étape g). D’une manière avantageuse, en référence à la figure 2a ou 3a, la sous-étape a1) ou l’étape c) est réalisée par des méthodes d’usinage par laser, par jet d’eau ou toute autre méthode d’enlèvement de matière ou par découpe appropriée. De préférence, la pièce brute de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot est constituée entièrement de carbure de silicium, à l'exception des inévitables impuretés. Une telle pièce brute est obtenue par exemple à partir de plaquettes en carbure de silicium monocristallin, polycristallin ou sous une autre configuration cristalline quelconque.
D’une manière avantageuse, l’usinage réalisé lors de la sous-étape a2) ou de l’étape d) pour produire les ébauches est un usinage par enlèvement de matière, en utilisant des méthodes semblables à celles de la sous-étape a1) ou de l’étape c). L'ébauche obtenue se présente sous la forme d'une pierre plate non percée, comme représenté sur la figure 2b ou 3b. Cette ébauche est produite si nécessaire avec les cotes nécessaires pour obtenir un coussinet ou un contre-pivot présentant au final les caractéristiques géométriques recherchées, en tenant compte de toutes les étapes du procédé.
Dans le cas de la première variante du procédé, en référence à la figure 2c, l’usinage réalisé lors de la sous-étape a3) consiste à réaliser différentes opérations nécessaires à l’obtention d’un coussinet ou d’un contre-pivot, telles que le perçage du trou 10, l'usinage du diamètre intérieur DI du trou 10, l’usinage du diamètre extérieur DE de la pierre, l'usinage de la creusure 12 et du bombé si nécessaire, et l’olivage du trou 10, tout ou partie de ces opérations étant réalisé selon la destination de la pierre.
Dans le cas de la deuxième variante du procédé, en référence à la figure 3c, l’usinage réalisé lors de l’étape e) consiste à réaliser différentes opérations nécessaires à l’obtention de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement d’un coussinet ou d’un contre-pivot, telles que le perçage du trou 10, l'usinage du diamètre intérieur DI du trou 10, l'usinage de la creusure 12 et l’olivage du trou 10 dans le cas d’un coussinet par exemple.
En référence à la figure 3e, l’usinage réalisé lors de l’étape g) consiste à réaliser différentes opérations nécessaires à l’obtention d’un coussinet ou d’un contre-pivot, non réalisées à l’étape e), telles que l’usinage du diamètre extérieur DE de la pierre, l'usinage de la creusure 12 si elle n’a pas été formée à l’étape e), l'usinage du bombé si nécessaire, tout ou partie de ces opérations étant réalisé selon la destination de la pierre.
Tout ou partie de ces opérations peut être réalisé par les méthodes d’usinage traditionnelles.
Conformément à l’invention, tout ou partie des opérations d'usinage réalisées lors de l’étape a), et plus particulièrement lors de la sous-étape a3), de l’étape e) ou de l’étape g) est effectué par un usinage de précision sans force au moins de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement de la partie 14 constituée de carbure de silicium de l’ébauche dans le cas de la sous-étape a3), au moins de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement constituée de carbure de silicium dans le cas de l’étape e), ou au moins de la partie 14 constituée de carbure de silicium sur laquelle a été générée la couche de graphène épitaxial natif 16 lors de l’étape f) et qui n’est pas destinée à être en contact avec un pivot de l’axe de pivotement dans le cas de l’étape g).
Par exemple le perçage et l'olivage peuvent être effectués par usinage de précision sans force, les autres opérations d'usinage du diamètre intérieur DI du trou 10, du diamètre extérieur DE de la pierre, de la creusure 12 et du bombé si nécessaire, étant réalisées de manière traditionnelle.
Dans la présente description, on appelle usinage sans force un usinage non conventionnel selon lequel il n’y a pas d’action mécanique transmise par contact direct et effort entre un outil et la pièce, contrairement à un usinage conventionnel où il existe un contact direct entre l'outil et la pièce et dans lequel d’importantes forces de coupe sont impliquées. Un usinage sans force est donc un usinage sans contact direct entre la pièce à usiner et un outil d’usinage qui serait susceptible d’exercer un effort ou une contrainte sur ladite pièce.
D’une manière avantageuse, l’usinage de précision sans force réalisé lors de l’étape a), et plus particulièrement lors de la sous-étape a3), lors de l’étape e) ou lors de l’étape g) est un tournage par femto laser, un tournage électrochimique ECM, ou un tournage par électroérosion (par exemple EDM par fil). Les opérations d’usinage de l'une ou l'autre de cette étape a3) ou e) ou g) se font avantageusement par micro-usinage au laser pulsé femto seconde avec un laser de longueurs d’onde comprises par exemple entre 200 nm et 2000 nm, de préférence entre 400 nm et 1 000 nm, bornes incluses. Les paramètres du laser peuvent être par exemple : puissance moyenne entre 1 W et 100 W, énergie par puise entre 20 J et 4000 pJ, fréquence entre 100 kHz et 1000 kHz, durée d’impulsion entre 100 fs et 2 ps. Le tournage par femto laser attaque la pièce en rotation radialement et non pas normalement, et sans transfert de chaleur.
D'une manière particulièrement avantageuse, dans le cas de la première variante du procédé, la sous-étape a3) d’usinage de précision sans force est la dernière sous-étape de l'étape de fabrication a) de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot permettant d’obtenir au moins une partie 14 constituée de carbure de silicium finie sur la surface externe de laquelle sera générée au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 selon l’étape b).
Grâce à l’usinage de précision sans force par femto laser, cette dernière opération du procédé de préparation de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot permet d’atteindre des états de surface avec une rugosité Ra de préférence inférieure ou égale à 100 nm. De préférence, au moins la partie 14 constituée de carbure de silicium finie obtenue à la sous-étape a3) présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, et de préférence inférieure ou égale à 0.1 pm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses, ce qui permet d’éviter les opérations traditionnelles de finition, telles que le polissage, nécessitant de déplacer les pierres vers une machine de finition différente de la machine d'usinage.
On considère que la couche de graphène épitaxial natif 16, au vu de son épaisseur, ne modifie pas les dimensions et la géométrie du composant obtenu à la sous-étape a3), ni sa rugosité. Dans le cadre de la deuxième variante du procédé, d'une manière particulièrement avantageuse, l’étape g) d’usinage de précision sans force est la dernière étape du procédé de fabrication de la pierre d’horlogerie constituant un coussinet 4 ou un contre-pivot 6.
Grâce à l’usinage de précision sans force par femto laser, cette dernière opération du procédé de fabrication du coussinet 4 ou du contre-pivot 6 permet d’atteindre des états de surface avec une rugosité Ra de préférence inférieure ou égale à 100 nm. De préférence, la surface externe de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement constituée de carbure de silicium sur laquelle s’est générée au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 obtenue à l’étape f) et la surface externe de la partie non destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement obtenue à l’étape g) présentent une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, et de préférence inférieure ou égale à 0.1 pm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses, ce qui permet d’éviter les opérations traditionnelles de finition, telles que le polissage, nécessitant de déplacer les pierres vers une autre machine de finition.
En référence à la figure 2d ou 3d, l’étape b) ou l’étape f) de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif 16 est réalisée par croissance de graphène thermique natif sur la surface d’au moins la partie 14 constituée de carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot ou au moins sur la surface externe de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, par sublimation du carbure de silicium, de préférence selon un procédé choisi parmi le groupe comprenant un chauffage dans un four sous vide ou sous assistance gazeuse, un chauffage par une source de lumière (lampe infrarouge ou laser infrarouge) dans des enceintes sous vide ou sous assistance gazeuse, ou par toute autre méthode appropriée. La génération de couches multiples de graphène natif peut se faire également par exemple par des procédés faisant appel à l’hydrogène.
De préférence, la couche de graphène épitaxial natif 16 présente une épaisseur comprise entre 0.5 nm et 20 nm, de préférence entre 1 nm et 10 nm, et préférentiellement entre 1 nm et 5 nm.
Le procédé selon l’invention permet d’obtenir une pierre d’horlogerie constituant un coussinet ou un contre-pivot présentant des propriétés mécaniques améliorées, notamment une meilleure rigidité et un très faible coefficient de frottement. De plus lorsque l'usinage de la pierre est réalisé par un usinage de précision sans force, on obtient un procédé particulièrement rapide et simple à mettre en oeuvre. En effet, le procédé selon l’invention permet de supprimer toutes les opérations de finitions nécessitant un déplacement des pierres entre la machine d'usinage et les machines de finition traditionnellement utilisées, de sorte que le nombre d’opérations nécessaires à la fabrication de la pierre est réduit, le temps de production étant considérablement diminué.
Par exemple, l’usinage d’un coussinet complet par femto laser prend, en considérant uniquement les opérations par femto laser, entre 12 et 18 secondes, ceci selon l’état de l’art actuel. Ce temps comprend les opérations d’usinage du diamètre extérieur, du diamètre intérieur, de l’olivage de ce dernier, de l’usinage de la creusure et du bombé. Ainsi, dépendant des usinages requis pour le coussinet ou le contre-pivot, ce temps peut être encore réduit et optimisé.
De plus, l’utilisation du carbure de silicium permet avantageusement de former facilement au moins une couche de graphène épitaxial natif.
Par ailleurs, la couche de graphène est hydrophobe, ce qui permet d’améliorer la résistance de la pierre à la corrosion. La couche de graphène présentant un très faible coefficient de frottement dynamique permet également de supprimer la lubrification.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d’une pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, comprenant: a) une étape de fabrication d’une pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium, ladite étape de fabrication comprenant au moins une étape d’usinage d’au moins ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement de la partie (14) constituée de carbure de silicium; et b) une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) sur la surface externe d’au moins la partie (14) constituée de carbure de silicium de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot obtenue à l’étape a) pour obtenir ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) ; caractérisé en ce que l’usinage d’au moins ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement de la partie (14) constituée de carbure de silicium de l’étape a) comprend un usinage de précision sans force.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’étape a) comprend les sous-étapes suivantes : a1) une étape de fabrication d’une pièce brute de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium ; a2) une étape de réalisation d’une ébauche de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à la sous-étape a1) ; et a3) une étape d’usinage au moins de la partie (14) constituée de carbure de silicium de l’ébauche obtenue à la sous-étape a2), ladite étape d’usinage a3) comprenant au moins l’usinage de précision sans force de la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement. Procédé de fabrication d’une pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, comprenant: c) une étape de fabrication d’une pièce brute de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium ; d) une étape de réalisation d’une ébauche de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium au moins par usinage de la pièce brute obtenue à l’étape c) ; e) au moins une étape d’usinage de la partie (14) constituée de carbure de silicium de l’ébauche obtenue à l’étape d) pour former la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement ; f) une étape de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) sur la surface externe d’au moins la partie (14) constituée de carbure de silicium de l’ébauche obtenue à l’étape e) ; et g) au moins une étape d’usinage de l’ébauche obtenue à l’étape f) à l’exception de ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement constituée de carbure de silicium sur laquelle a été générée la couche de graphène épitaxial natif (16) lors de l’étape f), pour obtenir ladite pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) ; caractérisé en ce que l’usinage de l’étape e) et/ou de l’étape g) comprend un usinage de précision sans force. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sous-étape a3) d’usinage de précision sans force est la dernière sous-étape de l'étape de fabrication a) de la pierre destinée à constituer un coussinet ou un contre-pivot permettant d’obtenir au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium finie sur la surface externe de laquelle est générée au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) selon l’étape b).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’au moins la partie (14) constituée de carbure de silicium finie obtenue à la sous-étape a3) présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, et de préférence inférieure ou égale à 0.1 pm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape g) d’usinage de précision sans force est la dernière étape du procédé de fabrication de la pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface externe de ladite partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement constituée de carbure de silicium sur laquelle a été générée au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) obtenue à l’étape f) et la surface externe de la partie non destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement obtenue à l’étape g) présentent une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, et de préférence inférieure ou égale à 0.1 pm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’usinage de précision sans force réalisé lors de l’étape a), respectivement lors de l’étape e) ou lors de l’étape g), est un tournage par femto laser, un tournage électrochimique, ou un tournage par électroérosion.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape b) ou f) de génération d’au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) est réalisée par croissance du graphène par sublimation du carbure de silicium selon un procédé choisi parmi le groupe comprenant un chauffage dans un four et un chauffage par une source de lumière. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de graphène épitaxial natif (16) présente une épaisseur comprise entre 0.5 nm et 20 nm, de préférence entre 1 nm et 10 nm, et préférentiellement entre 1 nm et 5 nm. Procédé selon l’une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que la sous- étape a1) et/ou a2), respectivement l’étape c) et/ou d), est réalisée par usinage par enlèvement de matière ou par découpe. Procédé selon la revendication 11 , caractérisé en ce que l’usinage réalisé lors de la sous-étape a2) ou de l’étape d) est un usinage par enlèvement de matière. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pierre destinée à constituer un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) est constituée entièrement de carbure de silicium, et en ce que la au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) est générée sur toute sa surface externe. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) obtenue par le procédé selon l’une des revendications 1 à 13. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) comprenant au moins une partie (14) constituée de carbure de silicium qui comprend au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement, caractérisée en ce que ladite partie (14) comprend au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) générée à sa surface externe. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon la revendication 15, caractérisée en ce que la couche de graphène épitaxial natif a une mobilité de porteurs de charge inférieure à 5000 cm2 V-1 s-1.
17. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon l’une des revendications 15 à 16, caractérisée en ce que la couche de graphène épitaxial natif (16) a été obtenue par croissance par sublimation du carbure de silicium de la partie (14) constituée de carbure de silicium.
18. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon l’une des revendications 15 à 17, caractérisée en ce que la couche de graphène épitaxial natif (16) présente une épaisseur comprise entre 0.5 nm et 20 nm, de préférence entre 1 nm et 10 nm, et préférentiellement entre 1 nm et 5 nm.
19. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon l’une des revendications 15 à 18, caractérisée en ce que la surface externe de la partie (14) constituée de carbure de silicium recouverte d’au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) présente une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, et de préférence inférieure ou égale à 0.1 pm, de préférence inférieure ou égale à 50 nm, de préférence inférieure ou égale à 25 nm, de préférence inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 15 nm, et préférentiellement inférieure ou égale à 12 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 10 nm, et plus préférentiellement comprise entre 5 nm et 9 nm, bornes incluses.
20. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon l’une des revendications 15 à 19, caractérisée en ce qu’elle est constituée entièrement de carbure de silicium, et en ce qu’elle comprend au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) générée présente sur au moins une partie destinée à être en contact avec un pivot d’un axe de pivotement, et de préférence sur toute sa surface externe.
21. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon l’une des revendications 15 à 20, caractérisée en ce que le carbure de silicium est monocristallin.
22. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) selon l’une des revendications
15 à 21 , la partie destinée à être en contact avec un pivot d'un axe de pivotement étant un trou (10), caractérisée en ce qu’au moins une couche de graphène épitaxial natif (16) est générée sur la surface dudit trou (10).
23. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) selon la revendication 22, caractérisée en ce que la pierre est un coussinet plat ou bombé. 24. Pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) selon l’une des revendications
22 à 23, caractérisée en ce que le trou (10) est cylindrique ou olivé.
25. Mouvement horloger comprenant une pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot (6) selon l’une des revendications 15 à 24.
26. Pièce d’horlogerie comprenant un mouvement horloger selon la revendication 25 ou une pierre d’horlogerie constituant un coussinet (4) ou un contre-pivot
(6) selon l’une des revendications 15 à 24.
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