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 F _n 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 10 ¹ à 10 ² 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 (TiO _x ) 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 sp ² , 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 sp ³ , 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 sp ³ (diamant) dans une matrice d’hybridation sp ² (graphite). Le revêtement de carbone amorphe, obtenu par PVD contient en moyenne moins de 5 % d’hydrogène et entre 40 % et 80 % d’hybridation sp ³ .

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 cm ² 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.m ^1/2 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.