Fundão的红宝石工厂：Companhia Industrial de Materiais Duros
CIMD - Companhia Industrial de Materiais Duros
樱桃并不是Fundão唯一的红色特产；这里还为1200多款钟表机芯生产红宝石。在Fundão的中心地带，我们发现了一家专门生产钟表红宝石的工厂：CIMD（Companhia Industrial de Materiais Duros）。CIMD成立于1990年，由CHEVAL FRÈRES公司的一个生产单位发展而来，如今已成为钟表宝石轴承和硬质材料技术部件制造领域的全球领导者。此刻您腕上的手表，很可能就装有Fundão制造的红宝石。
在参观CIMD时，我们受到了担任总经理三十余年的Carlos Morgadinho和行政主管Marina Nascimento的热情接待。我们有幸参观了工厂及其所有车间。这里有一支随时乐于解答任何疑问的团队，而在厂房中，最传统的手工知识与技艺，与现代化的数控机床和激光设备并肩共存。
CIMD的历史始于1990年，当时CHEVAL FRÈRES在葡萄牙设立了钟表宝石生产单位。CIMD最初专门生产单晶红宝石，随后迅速扩展到陶瓷、蓝宝石和多晶红宝石等其他超硬材料。如今，公司拥有一个完全一体化的车间和一批公认的技术专家。目前，公司已走过34年，拥有140名员工。
CIMD生产什么
目前的产品包括：带孔宝石，表面为平面或拱面，孔为直孔或橄榄孔；带凹槽的带孔宝石，平面直孔；以及盖板宝石（端石），平面或拱面，无孔。此外，工厂还能制作底石、圈石和弧面宝石（例如某些Cartier手表表冠上的小宝石）。
在140名员工中，许多人都是专业技术人员，负责机加工、钻孔、车削和精细抛光等工作。一些专业性最强的工作在尺寸测量与校准部门完成。
位于Fundão的CIMD，如今已是合成红宝石制造领域的世界标杆。
CIMD如何生产红宝石
虽然氧化铝本身目前并不在葡萄牙生产，但红宝石的全部机加工、精加工和检测流程都在Fundão完成。
以下是氧化铝“梨晶”变为钟表红宝石过程中的几个环节
原材料
Al₂O₃，即氧化铝，又称矾土，以梨形晶体或红色石块的形式运抵工厂，随后被切成接近最终尺寸的薄片，呈圆片状。
机加工
红宝石的形状和切割借助多种机器完成，从下图中已有几十年历史的设备，到数控机床，再到大功率激光设备。
抛光
在下图所示的槽中，红宝石的平面被抛光至所需的几何形状；这一工序的公差可达± 5 μm。最终可获得镜面般的抛光表面。
将每颗红宝石手工放置在细丝上之后，再将熔化的锡浇在细丝上。这一工序确保红宝石保持在原位，从而便于随后的抛光。
测量与检测
在专门的部门里，借助千分尺等专业工具对红宝石进行测量。这项测量以抽样方式进行，用于质量控制。
衷心感谢CIMD对IPR的热情接待与耐心解答，也感谢他们为我们了解钟表制造这一珍贵方面所作的出色贡献！
钟表中的红宝石
—— 两位历史人物 ——
Nicolas Fatio de Duillier
首个钟表宝石制造方法的
发明者
Nicolas Fatio de Duillier生于1664年2月16日，卒于1753年5月10日，是一位数学家、自然哲学家、天文学家、发明家和宗教活动家。Fatio出生于瑞士巴塞尔，主要在他拥有公民身份的日内瓦共和国长大，成年后的大部分时间在英格兰和荷兰度过。他因与Giovanni Domenico Cassini合作正确解释黄道光这一天文现象、提出“推动”或“阴影”引力理论、与Christiaan Huygens和Isaac Newton的密切交往，以及在Leibniz与Newton微积分之争中所扮演的角色而闻名。
正是Nicolas Fatio de Duillier开发了为机械表制造宝石的第一种方法。
Fatio在24岁时当选为伦敦皇家学会（Royal Society）会员，但他始终未能获得其早期成就和人脉所预示的地位与声望。
17世纪90年代，他发现了一种用金刚石钻头在红宝石上钻出细小而圆整的孔的方法。
Fatio曾试图引起巴黎钟表匠对这项发明的兴趣，但没有成功。回到伦敦后，他与胡格诺派兄弟Peter Debaufre和Jacob Debaufre合作，两人在苏豪区Church Street经营着一家生意兴隆的钟表店。1704年，Fatio与Debaufre兄弟获得了一项为期十四年的专利，可在英格兰独家使用Fatio这项与红宝石相关的发明。
1705年3月，Fatio向皇家学会展示了以这种方式镶嵌宝石的钟表样品。Isaac Newton的通信显示，1717年Fatio同意以15英镑的报酬为Richard Bentley制作一块表；1724年，他又请求Newton允许在其宝石钟表的广告中使用Newton的名字。Fatio的红宝石钻孔方法一直是英国制表业的专长，直到1768年才由Ferdinand Berthoud引入欧洲大陆。
Auguste Victor Louis Verneuil
人造刚玉生产工艺的创造者
Auguste Victor Louis Verneuil是一位法国化学家，因发明第一种具有商业可行性的合成宝石制造工艺而闻名。
1902年，他发现了“焰熔法”，后来被称为“Verneuil法”，这是一种生产人造刚玉，即红宝石和蓝宝石的经济方法。
Verneuil于1856年出生在法国敦刻尔克，父亲是一名钟表机械师。他的学术道路前景光明：17岁时成为化学家Edmond Frémy的实验室助手。他于1875年获得学士学位，1880年获得硕士学位，1886年获得博士学位。从1892年起，他在巴黎自然历史博物馆有机化学部担任应用化学教授，长达13年。
Verneuil涉猎化学的多个领域，从红宝石合成到闪锌矿磷光研究，再到稀土元素化学。早在1886年，他就开始研究用焰熔法合成红宝石，并在六年内取得重大成果。尽管他在1891年和1892年就已将密封的研究笔记存放于巴黎科学院，但直到1902年才公布这一发现。时至今日，Verneuil法仍被用作生产人造刚玉的经济方法，在合成宝石制造领域留下了深远的影响。
—— 红宝石的物理与化学特性 ——
钟表中使用的红宝石是合成的，可能是整只表中成本最低的零件。尽管如此，它们具备一系列特性，使其不仅在钟表制造中，而且在各种工业和科学应用中都不可或缺。以下列举其中几项：
硬度
合成红宝石极其坚硬，在矿物硬度的莫氏硬度表上为9级。其硬度仅次于钻石，因此合成红宝石具有很强的抗划伤和耐磨损能力。
化学成分
红宝石通常由氧化铝（Al₂O₃）构成，也称刚玉。铬、钛、铁等微量元素的存在，可使合成红宝石呈现从红色到粉色乃至紫色的不同颜色。
透明度
合成红宝石通常是透明或半透明的，具体取决于其品质以及切割和抛光方式。高品质的红宝石可呈现出极佳的净度和透明度，让光线以极小的畸变穿过。
光学特性
红宝石具有良好的光学特性，包括较高的折射率和双折射（指材料对不同传播方向的光具有不同折射率的光学性质）。这些特性使其在经过正确切割和刻面后呈现出光彩与闪烁。
热稳定性
合成红宝石具有良好的热稳定性，能够承受高温而其物理或光学特性不发生显著变化。这一特性使其适用于激光技术等高温应用。
电绝缘性
它们是绝缘材料，也就是说不导电。
这一特性使其适用于需要电绝缘的场合，例如某些电子和机械装置。总体而言，硬度、颜色、透明度、光学特性和热稳定性的结合，使这种材料在工业、科学和装饰等广泛领域中都极具价值。
—— 钟表中红宝石的类型 ——
钟表中的红宝石可分为三种类型：
带孔宝石
盖板宝石
擒纵叉瓦
圆盘钉
—— 问题与解决方案 ——
问题：摩擦
摩擦两块木头就能生火。这是由于摩擦的作用。当相互接触的表面发生相对运动时，它们之间的摩擦会将动能转化为热能，也就是把运动变成热量。
摩擦是相互接触的表面之间存在相对运动或相对运动趋势时，作用于其间的切向阻力。
这种力源于接触的不规则表面上原子和分子之间的电磁相互作用。摩擦可分为干摩擦、流体摩擦和润滑摩擦。干摩擦又可分为静摩擦和动摩擦：前者阻止运动开始，后者发生在运动过程中。此外，正如前面的例子所述，摩擦在将机械能以热的形式耗散方面起着关键作用，直接影响材料的磨损和机械装置的效率。
摩擦不仅是一种阻碍运动的力，对许多操作和功能而言也至关重要。
例如，没有摩擦，我们就无法行走，也无法握住物体。
然而，摩擦也会加剧材料磨损，并因机械能转化为热能以及零件磨损，导致钟表机芯的能量效率下降。许多通常不装红宝石的挂钟以及部分腕表就会出现这种情况：在枢轴的作用下，夹板和底板上的孔被磨成椭圆形。
为减少摩擦，需要在接触表面上施加适量的润滑油。
解决方案：合成红宝石与润滑
红宝石凭借其卓越的物理和化学特性，被广泛用于钟表之中。以下是这种合成材料的主要优点：
低摩擦：红宝石极其坚硬，在莫氏硬度表上仅次于钻石。这种硬度加上良好的润滑，使钟表零件能够以极小的摩擦相互滑动。摩擦越小，磨损越少，钟表的使用寿命也越长。
耐磨性：凭借其硬度，红宝石即使经过多年连续使用也不易磨损。这对于枢轴及其接触部位尤为重要，因为零件在这些部位不断运动，很快就会造成磨损。
化学稳定性：红宝石化学性质稳定，这意味着它们不会与可能进入钟表机构的物质（如水、汗液或灰尘）发生反应。
耐热性：红宝石对温度变化具有极佳的耐受性，即使在极端条件下也能保持性能。这对钟表的精度至关重要，因为温度变化可能导致钟表零件膨胀或收缩。
提升精度：通过减少机芯关键部位的摩擦和磨损，红宝石对钟表长期的走时精度有显著贡献。摩擦减少也意味着机芯所需能量的波动更小，从而使能量分配更加均匀。
美学与传统价值：除功能上的优势外，在机芯中使用红宝石还带来一种美学元素。传统上，机芯中所用宝石的数量被视为衡量其复杂程度和品质的指标。
合成红宝石的生产工艺
合成红宝石可通过多种方法制造，每种方法都会形成具有特定性质的晶体，如色调、透明度和纯度。合成红宝石的主要工艺包括：
1. Verneuil法（焰熔法）
工艺简图 一座旧熔炉的草图
Verneuil法工艺简图，以及Verneuil用Verneuil法合成红宝石时所用旧熔炉的草图。
如前所述，这种方法由Auguste Verneuil于19世纪末开发，是生产合成红宝石最古老、最普遍的方法之一。该技术让氧化铝（Al₂O₃）粉末穿过温度约达2000°C的火焰，使粉末熔化。熔化的物料随后沉积在基座上，逐渐凝固成晶体结构。物料不断堆积，形成一种称为“梨晶”（boule）的圆柱形晶体，之后再切割成宝石。还可以在工艺中加入着色剂，以调节所合成红宝石的色调。
2. Czochralski法
这种方法以生产包括红宝石在内的高品质合成晶体而著称。首先，将一小块籽晶浸入盛有液态氧化铝的坩埚上方。随后小心地提拉籽晶并同时使其旋转，使晶体从熔体中生长。这项技术尤其因能够控制所形成晶体的尺寸和取向而备受推崇，可得到纯度极高的宝石。
3. 水热法
这种工艺模拟宝石的天然形成过程，将营养物质（即氧化铝和致色元素）溶解在高压釜内承受高温高压的水溶液中。随着溶液冷却，溶解的物质开始结晶，附着在基底或籽晶上，并逐渐长大。这种方法的突出之处在于能够再现宝石天然形成的条件，从而合成出化学和物理特性与天然红宝石极为接近的合成红宝石。
如何在家制作合成红宝石？
这当然不是最常见的爱好，但已有多位爱好者拍摄了在家制作合成红宝石的视频，下面介绍其中几部：
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