具有摩擦涂层的微机械的功能组件的制作方法

本发明涉及一种微机械的功能组件，其包括至少一个部件，所述至少一个部件具有需要摩擦涂层的摩擦接触表面。所述微机械的功能组件更具体地涉及一对彼此机械配合的微机械的钟表部件，例如擒纵轮和锚式擒纵叉的叉瓦。

背景技术：

1、当首次开发通过化学气相沉积(cvd金刚石)制造金刚石的技术时，由于金刚石的固有硬度，人们对摩擦学寄予厚望。不幸的是，两个金刚石表面之间的干摩擦在摩擦学上是不可行的，因为它会导致接触的钟表部件之间的粘附。这是由于金刚石-金刚石对的两种配对材料的碳原子(c-c)之间形成了键。为了使这种粘附效应最小化，金刚石-金刚石材料对必须处于相对湿度(％rh)至少等于50％的环境中。50％rh的阈值使得可以在接触表面提供水(h2o)的微滴。这减少了一个表面相对于另一个表面的切向位移力ft。因此，这些微滴充当局部润滑剂，从而有利于接触的钟表部件的相对运动。低于该阈值，粘附现象加剧，在短负载时间内会出现接触不稳定。

2、因此，在运动的接触条件下(低法向力和高切向力)，金刚石-金刚石对的总摩擦系数cof可能低于0.2，如图1所示。不幸的是，这些环境条件不能保证材料对的摩擦稳定性超过5分钟的测试时间。事实上，摩擦不稳定性在测试到3.5分钟时就出现了。

3、因此，挑战涉及在微机械功能组件中使用这种金刚石/金刚石对，同时在没有润滑剂的情况下在较长时间内保证稳定的摩擦性能。

技术实现思路

1、本发明的主题是通过改变金刚石层的摩擦性能来克服上述缺点。事实上，如上方所解释的，氢气、氧气或潮湿气氛难以长期维持使用。本发明的主题是用其它分子代替由上述环境引起的原子oh或h钝化键。根据本发明，通过将金刚石层功能化来实现这些改变摩擦性能的极端表面改性。更具体地，根据本发明，金刚石层用硫和氟的化合物功能化。

2、因此，本发明涉及一种微机械的功能组件，其包括至少一个第一部件，所述第一部件具有第一功能表面，所述第一功能表面旨在用于与第二功能表面摩擦接触，所述第二功能表面属于所述第一部件或者属于至少一个第二部件，所述第二部件与所述第一部件一起构成所述功能组件，所述功能组件的特征在于，所述第一功能表面和所述第二功能表面由第一层形成，所述第一层包含超纳米金刚石、纳米金刚石或微晶金刚石，在所述第一层的顶部覆盖有第二层，所述第二层包含s原子和f原子。应当理解，第一层可以由与构成第一和第二部件的基底所用材料相同的材料制成，或者可以由与构成所述基底的材料不同的材料制成。

3、在测试中观察到这些功能表面的摩擦性能有所改善。这种改善可归因于s，当相对湿度不再足以阻止(c-c)键形成时，s阻止了(c-c)键的形成。因此，可以提供钟表运动系统如瑞士锚式擒纵机构的功能，而无需对擒纵轮(叉瓦)/擒纵轮的接触处进行润滑，其性能至少等于标准参考的性能。

4、当接触的两个功能表面涂覆有相同组成的摩擦层时尤其能观察到这种摩擦性能的改善。

5、本发明还涉及一种通过反应离子蚀刻使金刚石功能化的方法。反应离子蚀刻通常用于硅上的深度蚀刻。发明人已经发现，通过使用非常低功率(典型地在30w至70w的范围内)的反应离子蚀刻设备，能够在部件如具有小尺寸的钟表部件上合成这种s和f化合物。

技术特征：

1.一种微机械的功能组件(1)，包括至少一个第一部件(2)，所述第一部件由顶部覆盖有第一功能表面(2a)的第一基底形成，所述第一功能表面旨在用于与第二功能表面(3a)摩擦接触，所述第二功能表面属于所述第一部件(2)或者属于至少一个第二部件(3)，所述第二部件由顶部覆盖有所述第二功能表面(3a)的第二基底形成，所述第二部件(3)与所述第一部件(2)一起构成所述功能组件(1)，所述功能组件(1)的特征在于，所述第一功能表面(2a)和所述第二功能表面(3a)各自由第一层(9a)形成，所述第一层(9a)与所述第一基底和所述第二基底一体形成，或者所述第一层(9a)与所述第一基底和所述第二基底不同，所述第一层(9a)包含超纳米金刚石、纳米金刚石或微晶金刚石，并且在所述第一层的顶部覆盖有第二层(9b)，所述第二层包含s原子和f原子，其中所述第二层(9b)的平均厚度在2纳米至50纳米的范围内，优选在5纳米至10纳米的范围内。

2.根据权利要求1所述的功能组件(1)，其特征在于，所述第二层(9b)包含sf6。

3.根据权利要求1或2所述的功能组件(1)，其特征在于，所述第二层(9b)由多个棒状件形成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的功能组件(1)，其特征在于，所述第一部件(2)是叉瓦(4)，所述第二部件(3)是擒纵轮(6)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的功能组件(1)，其特征在于，所述第一部件(2)是运动件的轴，所述第二部件(3)是轴承。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的功能组件(1)，其特征在于，所述第一部件(2)和所述第二部件(3)是齿轮的齿。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的功能组件(1)，其特征在于，所述第二功能表面属于所述第一部件(2)，所述第一部件(2)是由条带形成的发条盒发条，其中所述条带的前表面形成所述第一功能表面，并且所述条带的后表面形成所述第二功能表面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的功能组件(1)，其特征在于，当所述第一层(9a)与所述第一基底和所述第二基底不同时，所述第一基底和所述第二基底从陶瓷、硅、氧化硅、氮化硅、渗碳硅和钢中选择。

9.一种用于使超纳米金刚石、纳米金刚石或微晶金刚石功能化的方法，该方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述化合物是sf6。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述反应器(11)中的压力在30μbar至150μbar的范围内，优选在80μbar至120μbar的范围内。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述反应器(11)中的反应气体(12)的流量在3sccm至20sccm的范围内，优选在5sccm至10sccm的范围内。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一基底在所述反应器(11)中的功能化时间在20分钟至120分钟的范围内，优选在30分钟至70分钟的范围内。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述设备(10)提供电容耦合等离子体。

技术总结本发明涉及一种微机械的功能组件，包括至少一个第一部件，第一部件由顶部覆盖有第一功能表面的第一基底形成，第一功能表面旨在用于与第二功能表面摩擦接触，第二功能表面属于第一部件或者属于至少一个第二部件，第二部件由顶部覆盖有第二功能表面的第二基底形成，第二部件与第一部件一起构成功能组件，第一功能表面和第二功能表面由第一层形成，第一层与第一基底和第二基底一体形成，或者第一层与第一基底和第二基底不同，第一层包含超纳米金刚石、纳米金刚石或微晶金刚石，并且在第一层的顶部覆盖有包含S原子和F原子的第二层。本发明还涉及一种用于使超纳米金刚石、纳米金刚石或微晶金刚石功能化的方法。技术研发人员：C·弗尔,C·马纳斯特斯基受保护的技术使用者：斯沃奇集团研究和开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/13