圓珠筆尖上的“黑科技”

蘇更林

改變世界的圓珠筆

圓珠筆作為現(xiàn)代社會的一種大眾書寫工具，如今在世界上應(yīng)用極廣。英國一家報(bào)紙?jiān)u選出101項(xiàng)改變世界的小發(fā)明，排在第9位的就是圓珠筆。

圓珠筆的發(fā)明可以追溯到19世紀(jì)80年代。一個(gè)叫約翰·勞德的美國人提出了關(guān)于圓珠筆的設(shè)計(jì)方案，并于1888年10月30日進(jìn)行了專利登記。約翰·勞德發(fā)明的這種筆，已經(jīng)具備了圓珠筆的基本要素，如筆尖帶有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的圓珠，通過從墨水囊中不斷獲得墨水而進(jìn)行書寫……

我們現(xiàn)在廣泛使用的圓珠筆是由匈牙利人約瑟夫·比羅于1938年發(fā)明的……比羅發(fā)明的圓珠筆具備了現(xiàn)代圓珠筆的雛形，在一根灌滿速干墨水的管子頂端嵌裝上一粒滾珠，借助滾珠的轉(zhuǎn)動(dòng)把墨水書寫在紙張上。

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美妙絕倫的“書寫點(diǎn)”

圓珠筆的“書寫點(diǎn)”為一個(gè)直徑為0.5～1.0毫米的圓珠。比羅發(fā)明的圓珠筆改進(jìn)了自來水筆的吸管，并把筆尖改成小圓珠。由于小圓珠能夠任意轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以把墨水均勻平滑地書寫在紙面上。為了適應(yīng)圓珠筆“書寫點(diǎn)”的變革，比羅把筆芯設(shè)計(jì)成“螺旋狀”，從而通過控制氣壓來控制墨水的流量。

那么，圓珠筆的“書寫點(diǎn)”是如何工作的呢？原來，人們在用圓珠筆進(jìn)行書寫時(shí)，在大氣壓力與油墨重力的雙重作用下，分布在筆芯內(nèi)的油墨便會流向筆頭的珠座體中，并黏附在“書寫點(diǎn)”（球珠）上。書寫時(shí)由于球珠的滾動(dòng)而使油墨附著在紙面上，從而形成清晰、鮮艷、整潔的字跡。

由于圓珠筆的“書寫點(diǎn)”在書寫時(shí)需要承受很大的壓力，所以筆尖的球珠需要用堅(jiān)硬耐磨的材料制成。最初推向市場的圓珠筆是十分昂貴的，這是因?yàn)樽鳛闀鴮扅c(diǎn)的球珠成本很高。當(dāng)時(shí)的球珠是用鉻和鋼的合金制成的，具有很好的耐壓耐磨性能。后來，碳化鎢成為制造球珠常用的材料。碳化鎢硬度與金剛石相近，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。用碳化鎢制成的球珠具有更長的壽命，書寫起來也更加流暢。

圓珠筆筆尖上的“皇冠”

圓珠筆的筆頭包括球座體和球珠兩個(gè)主要部件。其中的球座體被譽(yù)為圓珠筆筆尖上的“皇冠”，一向是少數(shù)國家壟斷的核心機(jī)密。

球座體并不是一個(gè)簡單的與球珠相扣的連接體，而是具有精妙結(jié)構(gòu)的功能體。在球座體的內(nèi)部設(shè)置有5條引導(dǎo)墨水的溝槽，對加工工藝的要求極其苛刻，加工誤差不能超過0.003毫米。筆尖的開口口徑不到0.1毫米，還要考慮到書寫角度和壓力，與球珠、墨水溝槽位必須搭配得天衣無縫。看來，要生產(chǎn)高品質(zhì)的球座體，不僅需要超精密的加工設(shè)備和工藝，而且更重要的是需要制造筆頭的易切削的不銹鋼原材料。

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近日，我國科學(xué)家成功研發(fā)出圓珠筆頭球座體所用的“超易切削鋼絲”，其工藝技術(shù)及產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量達(dá)到國際先進(jìn)水平，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并投放市場。屆時(shí)，中國的圓珠筆將實(shí)現(xiàn)真正的“國產(chǎn)化”。

（摘自《百科知識》2017年第6期，有刪改）