机械表的历史已经走过了数百年，然而技术创新的脚步从未停歇，从机芯的基础结构到各项复杂功能以及先进的材料和加工工艺，接连不断给钟表发烧友们带来惊喜。在进入21世纪后，制表行业极为重要的技术革新无疑是围绕着“硅（Silicon）”这种常见同时又充满“黑科技感”的材料进行的。早在国人还未对光刻机、硅晶片等专业名词耳熟能详的时候，瑞士制表业已经开始在相关领域的技术研发，如今已结出累累硕果。

硅是地球上较丰富的元素之一，占地壳总质量的27.6%，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。如今提起硅，国人自然会联想到半导体、芯片、光刻机一类的热门词汇。该领域应用的是经特殊方式制备的结晶态硅，且以单晶硅为主。这种材料的密度约为钢的1/3，受热膨胀系数约为钢的1/5，弹性与钢相当，硬度、防磁性和抗腐蚀性则更胜一筹，毫无疑问是一种非常适合精密电子和微机械制造的材料。

不过，对钟表稍有常识的人都知道，钟表的机芯自古以来便是由金属零件组成，其结构和加工工艺都已十分成熟。得益于高防磁和抗温度变化的合金材质在机芯中的应用，现代机械表的走时精度已经可以达到每月仅有几秒误差的程度，完全可以满足现代人日常佩戴的需要。于是问题来了，既然金属零件已经如此成熟可靠，制表行业为何还要研发一种全新的材质取而代之呢？

故事的起源要追溯至20世纪90年代，当时作为瑞士高级制表业旗舰品牌之一的雅典表，正在雄心勃勃地研制Freak奇想分针卡罗素腕表。这款颠覆性的作品计划采用不同于传统杠杆式擒纵（应用于99%的机械腕表）的双向擒纵机构。相比于杠杆式擒纵是通过光滑的人造红宝石降低与金属擒纵轮之间的摩擦，雅典表的双向擒纵机构是由两个金属擒纵轮相互啮合，它们在运转过程中会产生上万次/小时的亲密接触，必然导致快速磨损，使机芯在短时间内停止工作。

鉴于无论采用何种金属材料都难以克服磨损这个棘手的问题，雅典表不得不向大名鼎鼎的瑞士CSEM电子与微技术中心寻求合作，双方一道改良了光感成型（也就是我们常说的光刻）制造半导体硅质零件的技术。值得一提的是，由于雅典表发觉CSEM还在为其他瑞士制表企业提供硅材质相关的技术支持，遂于2000年中止了双方的合作，转而投资控股了另外一家高科技企业Sigatec，开始独立研发硅质零件。2001年，雅典表公布了世界首枚硅质擒纵装置，在业内一石激起千层浪，随后又于2005年发布了采用双向硅质擒纵机构的Freak奇想分针卡罗素腕表。而使雅典表另起炉灶的，即CSEM为其提供技术支持的，正是百达翡丽、劳力士与斯沃琪集团这三家行业巨头。它们一起于2002年成功研制出了硅游丝，并为其申请了专利，从此瑞士制表行业便正式跨入到硅材质时代。

现如今，机械表机芯中使用的硅质零件，以硅质擒纵、硅质游丝和硅质摆轮为主。相比于传统的钢质擒纵，硅质擒纵的性能可谓完胜。首先，硅质擒纵的零件表面非常光滑，在无需润滑（或少量润滑）的前提下便可降低整个系统的摩擦，从而将尽可能多的能量传输给摆轮游丝。

要知道，零件尤其是擒纵机构的润滑一直都是困扰制表师的难题。宝玑品牌的创始人阿伯拉罕-路易·宝玑大师便曾经说过：“如果给我完美的润滑油，我便能制作出完美的时计。”可见润滑之于机械表的重要性。而硅质擒纵光滑的表面可以大幅降低零部件的摩擦并提高使用寿命，在此基础上，雅典表还发明了DCS钻石覆盖硅(Diamond Coated Silicon)的独家技术，于2006年推出了钻石硅晶体擒纵 (DiamonSil)，实现了真正意义上的无需润滑。

其次，单晶硅材质本身便具备质量轻、硬度高、高防磁和耐腐蚀的特性，而且使用的是先进的光刻技术加工而成。所谓光刻，用不那么学术性的语言描述，便是借助腐蚀性的光粒子代替传统刀具，通过在原材料（单晶硅）上涂抹遮光涂层（有遮光涂层的部分就会被保留，没有的部分就会被腐蚀），蚀刻出所需的零件形状。相比于传统的数控机床加工，光刻技术可以将硅质擒纵的精度控制在1微米数量级，而且可以加工成任意形态，哪怕是奇形怪状的擒纵轮齿也可完美达成，而且密度极为均匀，非传统金属加工方式所能企及。

如前所述，行业中最早应用硅质擒纵的是雅典表，在其之后，百达翡丽与劳力士、斯沃琪集团和CSEM共同研发出了基于单晶硅的Silinvar^®材质（Silinvar 为“silicon”与“invariable”的缩写，同时也是为了纪念纪尧姆发明的Invar合金材质）。百达翡丽遂于2005年发布了“Advanced Research”先进技术研究系列的首款作品——Ref.5250年历腕表（限量100枚），内置由Silinvar^®材质打造的硅质擒纵轮，具备防磁、耐磨、低能耗、不易变形等诸多优点，零件的加工精度达到了1微米级。

2008年，百达翡丽再度发布了完整版的Pulsomax™硅质擒纵，包括硅质擒纵轮和擒纵叉，其几何造型经过优化，比传统擒纵系统的动力传输效率提高15%，安装在“Advanced Research”Ref.5450年历腕表中（限量300枚）。如今，在百达翡丽相对复杂款的腕表中，已全部使用了 Pulsomax™硅质擒纵。

斯沃琪集团旗下的宝玑也是较早涉足硅材质的高级制表品牌之一。2006年，宝玑于Classique经典系列5177大三针自动腕表中率先应用了硅质擒纵轮和擒纵叉，随后逐渐推广至其他各个系列，包括简单功能和复杂功能的款式。其中的Type XXII 10Hz高频计时表，由于使用了先进的硅质擒纵及硅游丝，才能将机芯振频提升至72000次/小时。宝玑所使用的硅质擒纵轮和擒纵叉的形状经过细致调整，擒纵轮齿的部分全部镂空以降低其质量，进而提升能量的传输效率。 

其他几大钟表集团中，历峰集团旗下的积家在硅材质领域耕耘多年，也是较早提出无需润滑油的高级制表品牌，如今已实现了硅质擒纵的普及。

LVMH集团也有专门从事机芯材质研发的团队，旗下的宇舶表、宝格丽和真力时均在其高端表款中应用了硅质擒纵。如宝格丽的Octo Velocissimo计时表，装载硅质擒纵的BVL 328计时机芯。

宇舶表的BIG BANG MP-11长动力腕表和全部UNICO计时腕表，均配备了硅质擒纵。

还有真力时近年来备受追捧的Defy系列计时表，达到了1/100秒的超高计时频率，所依仗的正是新一代EI Primero 9004计时机芯中安装的硅质擒纵，让佩戴者免受需频繁保养（补充润滑油）之累。

相比于硅质擒纵，硅游丝在制表行业的普及程度还要更高。事实上，劳力士、百达翡丽和斯沃琪集团最初对单晶硅材质产生浓厚的兴趣，主要针对的也是在硅游丝领域的应用前景。因为单晶硅是一种永不变形且具备弹性的非磁性材料，每次收缩或扩张都会立即恢复到最初的形状，几乎不存在弹性迟滞现象，更不会因为受磁而粘连，可谓制造机芯游丝的天选材质。

至于它的缺点，一是质地比较脆，二是加工难度高，三是对温度变化敏感。而几家企业通过与CSEM的合作研发，早已将这几项难题一一化解。于2002年申请的硅游丝专利，正是通过特殊的加工工艺在硅游丝表面形成一层薄薄的氧化层，使其能够抵抗温度变化的影响，同时在受到约5000g的冲击（相当于从一米高的地方掉到坚硬地板上）时，硅质游丝也不会断裂，完全可以取金属合金游丝而代之。

2006年， 百达翡丽率先发布了基于Spiromax^®硅游丝的“Advanced Research”5350R年历腕表，该游丝具备诸多优越性，包括采用扁平的结构，所占的空间更小，有利于改善机芯的结构；以及硅游丝质量轻，密度均匀，运行稳定，耗能低，使用周期可以达到上兆次等等。

此后，百达翡丽又多次对Spiromax^®硅游丝进行改进，包括在游丝的末端和中心增加“凸起”和改变部分区域的厚度，使得游丝具备更好的等时性，可以抵消方位变化对腕表走时带来的影响。目前，绝大部分新上市的百达翡丽腕表中安装的都是第四代的Spiromax^®硅游丝。根据百达翡丽实验室数千次反复测量，采用这种最新的Spiromax^®游丝的机械腕表，每天的走时误差可以控制在-1到+2秒之间，已经达到了百达翡丽印记所规定的品牌陀飞轮表的精度水平。

说起硅游丝在如今钟表行业的普及，就不得不提斯沃琪集团的战略眼光以及欧米茄所起到的表率作用。2008年，欧米茄在巴塞尔表展上发布了“Si14”硅游丝，并将其与品牌极具标志性的“同轴擒纵”相结合，给钟表爱好者带来了全新的高科技与经典技术传承的体验。在此之前，硅材质在瑞士钟表行业属于“王谢堂前燕”，而随着欧米茄在量产机械表中全面推广“Si14”硅游丝，这一创新材质终于得以飞入寻常百姓家。

此后不久，斯沃琪集团旗下的宝玑、宝珀和雅克德罗等品牌也纷纷开始对产品进行更新换代，用硅游丝取代传统合金游丝。而产量的提升必然伴随着制作工艺的越发成熟以及平均成本的下降。在2017年前后，处于集团旗下第二梯队的浪琴表、美度、天梭等品牌也陆续推出了硅游丝的高端表款，让普通消费者能够以万元价位享受到高科技材料带来的性能优势。此时很多人才突然意识到，原来在半导体行业广泛采用的硅晶体居然也可以被用来制作钟表零件。

劳力士尽管也是硅材质研发的创始团队成员之一，但直到2014年才正式加入了应用者的阵营，推出了全新几何形状的Syloxi硅游丝，安装于蚝式恒动女士腕表的机芯中，男表则仍旧采用大名鼎鼎的Parachrom铌锆合金游丝。直到今年，劳力士出人意料地发布了一个全新系列，即以“Rolex”商标在瑞士正式注册年份命名的恒动1908型。它的39毫米尺寸男女皆宜，内置全新的7140自动上链机芯，不仅配备了Syloxi硅游丝，而且采用了透底的设计，令佩戴者终于可以一睹其真容。

而劳力士的兄弟品牌帝舵表，则先一步在自产机芯中全面更换为硅游丝。目前帝舵表的自产机芯已经推出了约十个型号，包括具备两地时和计时功能的机芯，全面采用了硅游丝，具备优越的抗磁、抗震和多达70小时的动力储存，为同类型量产自动机芯中的佼佼者。

在行业中还有不少品牌，因为无法绕过三巨头与CSEM合作研发的硅游丝专利，只得另辟蹊径，如卡地亚便在其ID ONE和ID TWO概念腕表中采用了陶瓷微晶玻璃 (Zérodur) 游丝，泰格豪雅在其自产机芯中应用了独家研制的碳复合材料游丝，名士表虽然官宣了采用硅游丝的Baumatic ™ BM12-1975A机械机芯，此前却一直未能实现产业化。

在所有硅质的机芯零件中，最具挑战性的无疑是硅质摆轮的研制，目前行业中仅有百达翡丽和雅典表摘取了这项桂冠。

此处我们简单介绍几种硅材质加工工艺。首先是常见的DRIE (Deep Reactive Ion Etching) 深度反映离子蚀刻工艺，它就相当于通过“照相”的方式将所需的零件图像投射到一个涂抹了遮光涂层的圆形硅晶片上，当照片生成后，相应位置的遮光涂层就会被洗去。随后再利用腐蚀性的光粒子代替传统的刀具，在硅晶片上蚀刻出所需要的零件。这与光刻机的原理如出一辙。

除了DRIE之外，还有一种硅质零件的加工方法叫作LIGA平版印刷。LIGA是德文的Lithographie、Galvanoformung和Abformung——光刻、电铸和注塑三个词的缩写。它在原理上与DRIE工艺有相似之处，都是利用腐蚀性的光粒子（分为UV紫外线以及X激光）来代替传统的刀具，并通过在原材料上涂抹遮光涂层蚀刻出所需的形状。二者之间的不同之处在于，DRIE工艺是将不用的部分蚀刻掉，而LIGA工艺则正相反，是将不用的部分保留下来电铸成为模具，再利用模具大批量地注模复制出零件。LIGA平版印刷工艺能够胜任更加立体和复杂的零件结构，而且它不仅限于硅材质，还可以注塑出机芯中使用的各种结构复杂的镍磷合金零件，就仿佛让金属从模具中生长出来一样。

钟表行业中，无论是硅质游丝、擒纵还是摆轮，皆是采用上述两种方法制造。但硅质摆轮又不同于前两者，它并非质量越轻盈越好，而是需要兼具足够的扭力，也就是说，还要在硅材质摆轮的外缘加上配重。换作常规的合金摆轮，只要拧上配重砝码即可。但硅的质地极脆，不允许在它上面穿孔打眼，更不可能制作出固定砝码用的螺纹，因此就需要开发出不同于以往的固定方式。

百达翡丽在其开发的GyromaxSi^®硅质摆轮中采用了一种专利技术，让24K金离子逐渐沉积在摆轮外围的沟槽中，直至与整个摆轮精确地契合。到这个阶段，摆轮已经基本成型，百达翡丽的工程师经过测算发现，这些硅质摆轮中的95%即便不安装砝码，走时也相当精准。但是为了服务高要求的佩戴者，百达翡丽利用沟槽和硅材质本身的张力在硅质摆轮上固定了4颗金质砝码，整个制作过程才算大功告成。GyromaxSi^®硅质摆轮首次登场是在2011年发布的“Advanced Research”Ref.5550万年历表中（共凝聚了17项技术专利），如今同样已在复杂功能表款中普及。

而雅典表于2022年发布的Freak S奇想腕表，在保持Freak系列标志性的卡罗素结构的同时，采用了倾斜20度的双硅质摆轮。两个硅质摆轮之间由差速器连接，通过走时相互补偿减小误差。为了增加摆轮的配重，雅典表研发出了“微细桨叶状的硅质摆轮附黄金组件”的专利技术，使摆轮具备相当高的惯性力矩，并可以透过外围细小的黄金组件进行调校，从而提升腕表的走时精度。总括而言，该硅质摆轮的整体质量十分轻盈，因此配重的黄金组件也更轻，能够通过物理方式附着于硅质摆轮之上。

随着硅材质的逐渐普及，不少专业制表品牌都希望对传统的基于金属游丝摆轮和擒纵系统的调速机构进行创新，致力于研发集成化、高性能的硅质擒纵调速机构。GP芝柏表率先于2013年推出了Constant Escapement恒定动力擒纵机构，通过蝴蝶翅形框架及弹性游丝的结构，使用仅有发丝的1/6 粗细（14 微米）的弹性硅质游丝均匀地传送动力，实现超长的稳定动力输出。虽然GP芝柏的恒定动力擒纵Constant Escapement只能算是概念性的产品，产量极为有限，却无碍品牌因此获得了2013年日内瓦高级钟表大赏（GPHG）的金指针大奖。

独立于几大钟表集团之外的帕玛强尼，则历时8年潜心研制出了SENFINE概念机芯，使用一体成型的硅质蚂蚱擒纵，于2016年对外公布。该概念机芯具备三大特性，即无游丝、极低摆幅和极高摆频。在 SENFINE机芯的摆轮上，两根和摆轮一体成型的交叉式平行线扭簧取代了传统的游丝，以16度的极低摆幅运转，而频率则达到了15赫兹。由于SENFINE机芯取消了摆轮轴、宝石轴承，规避了这些传统构件带来的滚动摩擦，加上擒纵、摆轮全部为单晶硅材质，所以无需润滑，确保腕表可以平稳、精确地运行。

在所有采用集成化硅质机芯的作品中，唯一实现量产的便是真力时的Defy Lab腕表。该款腕表于2017年9月发布，已过了当年GPHG日内瓦钟表大奖的报名时限，却被获准破格参赛，并获得了组委会颁发的“Innovation Prize最佳创新奖”。随后，真力时推出了Defy Lab的市售款式。

该款搭载品牌精心研制的Caliber ZO 342自动机芯，机芯的核心，即摆轮游丝和作为能量传递开关的擒纵系统仅由一枚零件组成。这枚薄如蝉翼的硅片厚0.5毫米，采用单晶硅材质一体成型，相当于将游丝、摆轮和擒纵叉整合在了一起，就像半导体集成电路一样，且各个零件之间不存在摩擦和磨损，所以根本无需润滑。

在机芯正面的6点位，有一个独立的硅质小齿轮，相当于传统的擒纵轮；擒纵轮右下方带有两个棘爪的结构，相当于传统的擒纵叉，只不过它几乎没有摆动角度。包含擒纵叉在内的整个圆形硅片框架相当于传统的摆轮；连接摆轮框架和中心的三根细若发丝的支架，相当于传统的游丝；摆轮内部的扇叶状结构主要用于硅片的固定，其中一片扇叶（擒纵叉的对面位置）上带有比较复杂的镂空结构，相当于传统的微调装置，其调节范围可达+/-400秒每天。

从机芯正面完全看不到发条盒和齿轮组，这是因为它们全部位于硅片的下一层，被一个圆形夹板遮挡。当机芯运行时，齿轮组会从下方将动力传输给6点位的擒纵轮，擒纵轮驱动擒纵叉做弹性运行，并带动整个单晶硅片以+/-6度的摆幅振荡。由于振荡幅度小，频率自然大幅提高，为El Primero计时机芯的3倍，即15赫兹，走时精度也相应提升至0.3秒日误差。单晶硅的材料特性使其对于温差、重力和磁场等外界因素皆不敏感，消除了影响走时的几个关键弱点，腕表还通过了1100高斯的防磁认证，并具备60小时的稳定动力输出。

今年1月份，欧米茄推出了一款被钟表发烧友誉为“有史以来最精确”的超霸系列Super Racing计时表。其走时精度超越所有竞争对手，达到日误差0/+2秒的水准。

如前所述，欧米茄自从2008年便开始使用“Si14”硅游丝，并借此获得了瑞士联邦计量研究院(METAS)的至臻天文台认证，在防磁和走时精度方面表现卓越。而今次在百丈竿头更进一步，借助的是最新研发的Spirate硅游丝微调系统，这项颠覆性的发明首次实现了对硅游丝运行（工作）长度的精细调节。要知道，硅质零件是通过光刻技术一体成型，它的优点是加工的精度高，达到了理论上为腕表提供精准走时的极限，但同时它也无法像金属游丝般进行后天的长度调节。

考虑到硅游丝在固定于摆轮和机芯夹板的过程中，极有可能出现理论之外的误差（因为其他零部件的精度都达不到光刻硅质零件的水平），而硅游丝不可调节的特性意味着无法对这部分误差进行修正。

欧米茄在超霸系列Super Racing腕表中首次应用的Spirate硅游丝微调系统，可以让制表师通过位于摆轮夹板的偏心调校结构来调整游丝末端的刚度，从而实现了对本已相当精确的走时进行更精细的微调，最终将腕表的每日走时误差限定在不可思议的0至+2秒内。这也再度证明了制表师对精确度的征服是一个循序渐进的过程，通过完善一个又一个细节，无论是欧米茄、百达翡丽还是劳力士皆是如此。通过对Spirate系统的工业化生产，欧米茄还有望全线产品逐渐提升至相同标准，在现阶段称雄表坛。

此外，近期高级制表行业中还发生了一起大事件，即硅游丝的欧洲专利于2022年11月25日到期。这也就意味着，过去无法绕过专利保护的历峰集团和LVMH集团旗下的诸多品牌，都可以自行研发和使用硅游丝，在让更多消费者享受到硅游丝优越性能的同时，也必将为制表行业带来又一轮的革新。