SILIZIUM
Tabelle der wichtigsten Eigenschaften von Silizium
| Eigenschaft | Typischer Wert | Bemerkungen |
|---|---|---|
| Dichte | ~2,33 g/cm³ | Sehr leicht |
| Elastizitätsmodul (E) | ~130–190 GPa | Abhängig von der Orientierung |
| Zugfestigkeit | ~150–300 MPa | Spröde (plötzlicher Bruch) |
| Härte (HV) | ~700–1000 HV | Hoch |
| Wärmeleitfähigkeit | ~120–150 W/m·K | Gut |
| Elektrische Leitfähigkeit | Halbleiter | Variabel |
| Ausdehnungskoeffizient | ~2,5 ×10⁻⁶ /K | Sehr gering |
| Magnetismus | Nein | Unmagnetisch |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet | Sehr stabil |
| Bearbeitbarkeit | Nicht bearbeitbar | Nur Mikrofertigung |
Silizium gehört zur Familie der Halbmetalle. Es ist ein Halbleitermaterial aus der Mikroelektronikindustrie, das Anfang der 2000er Jahre in die Uhrmacherei eingeführt wurde. Heute wird es weitverbreitet zur Herstellung kritischer Komponenten verwendet, insbesondere im Regulierorgan (Spiralfedern) und in der Hemmung.
Seine Formgebung beruht auf Mikrofabrikationsverfahren, insbesondere der DRIE-Gravur (Deep Reactive Ion Etching), die es ermöglichen, äußerst präzise und reproduzierbare Geometrien zu erzielen. Silizium zeichnet sich vor allem durch seine außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften aus, die besonders gut auf die Anforderungen der modernen Uhrmacherei abgestimmt sind.
Struktur & Verhalten
Das in der Uhrmacherei verwendete Silizium ist monokristallin, was ihm folgende Eigenschaften verleiht:
- Eine große Homogenität
- Eine Abwesenheit von inneren Fehlern
- Richtungsabhängige mechanische Eigenschaften (Anisotropie)
Im Gegensatz zu den Metalle, ist Silizium:
- spröde (brüchig)
- nicht duktil
- unempfindlich gegenüber plastischer Verformung
Es kann daher nach der Herstellung weder verformt noch nachbearbeitet werden.
Oberflächenbehandlungen
Die Oberfläche von Silizium kann verändert werden, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern:
- Thermische Oxidation → Bildung einer SiO₂-Schicht
- Beschichtungen (z. B.: Gasphasenabscheidung, Nitride)
- Passivierung → Verbesserung der Stabilität
Diese Behandlungen ermöglichen insbesondere:
- Reibung reduzieren
- die Beständigkeit verbessern
- die Leistung stabilisieren
Vorteile & Grenzen
Vorteile
- unmagnetisch
- Sehr leicht
- Thermisch sehr stabil
- Hohe Fertigungspräzision
- Keine Schmierung erforderlich
- Verschleißfestigkeit
- Ermöglicht neuartige und komplexe Bauteilprofile
- Ermöglicht hohe Präzision und unbegrenzte Wiederholgenauigkeit
- Reduzierte Produktionskosten
Grenzen
- Sprödigkeit (bruchanfällig)
- Keine mögliche Verformung
- Unmöglichkeit einer herkömmlichen Nachbearbeitung oder Regulierung (Regulierung, Fertigstellung)
- Abhängigkeit von fortschrittlichen und kostspieligen Industrieverfahren
- Nicht reparierbar
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