“圓珠筆”的前世今生

慧文

1943年6月，匈牙利記者比羅·拉斯洛和他的兄弟格奧爾格發(fā)明了第一支圓珠筆——一種用滾動(dòng)的微型鋼珠作為筆尖的筆，并向歐洲專利局申請(qǐng)了一個(gè)新專利，標(biāo)志著第一種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆正式誕生。如今，這種書(shū)寫(xiě)工具使用相當(dāng)廣泛，但是它的發(fā)明過(guò)程知道的人卻寥寥無(wú)幾。

改變世界的一項(xiàng)發(fā)明

最早出現(xiàn)圓珠筆這一名稱的時(shí)間是1888年，一位名叫約翰·勞德的美國(guó)記者曾設(shè)計(jì)出一種利用滾珠作筆尖的筆，但他未能將其制成便于人們使用的商品。這種筆也有很大的缺陷，一是筆頭的小圓珠制作困難，在普通紙張上書(shū)寫(xiě)的效果不佳，墨水出水不均勻。二是油墨黏稠度難以調(diào)配，有漏水和堵塞現(xiàn)象。所以這種筆并沒(méi)有解決鋼筆所存在的問(wèn)題，但是為后來(lái)圓珠筆的誕生奠定基礎(chǔ)。

1895年，英國(guó)市場(chǎng)上也曾出售過(guò)商品化的非書(shū)寫(xiě)用圓珠筆，因其用途狹窄，未能流行起來(lái)。1916年，德國(guó)也有人設(shè)計(jì)制作過(guò)一種新型的圓珠筆，其結(jié)構(gòu)與今天的圓珠筆較為接近，但性能較差，未能引起廣泛的重視。

1943年，匈牙利記者比羅·拉斯洛非常清楚地意識(shí)到普通鋼筆所存在的問(wèn)題。他是在訪問(wèn)一家報(bào)紙時(shí)產(chǎn)生了用一種使用快干墨水的筆代替?zhèn)鹘y(tǒng)墨汁筆這一想法的。報(bào)紙用的油墨幾乎是在瞬間干燥，而且不會(huì)留下污跡。

比羅誓將類(lèi)似墨水應(yīng)用到一種新型書(shū)寫(xiě)工具中。為了避免黏稠的墨水堵塞他的筆，他提出在裝有這種快干墨水的管子頂端安裝能夠旋轉(zhuǎn)的小金屬球。該金屬球?qū)⒂袃蓚€(gè)功能：作為筆帽防止墨水變干。使墨水以可控速度從筆中流出。

1943年6月，比羅和他的兄弟格奧爾格（匈牙利化學(xué)家）向歐洲專利局申請(qǐng)了一個(gè)新專利，并生產(chǎn)了第一種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆。后來(lái)，英國(guó)政府購(gòu)買(mǎi)了這個(gè)專利圓珠筆的使用權(quán)，使得這些圓珠筆可以被英國(guó)皇家空軍的機(jī)組人員使用。除了比傳統(tǒng)鋼筆更堅(jiān)固以外，圓珠筆還能夠在低壓的高空中使用（在高空中，傳統(tǒng)自來(lái)水筆的墨水會(huì)溢出）。這在英國(guó)皇家空軍中收到了很好的使用效果，使得Biro圓珠筆大受好評(píng)，在第二次世界大戰(zhàn)中，這種圓珠筆由于其堅(jiān)固性和適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的能力而在軍隊(duì)中廣泛使用。

我國(guó)第一支國(guó)產(chǎn)圓珠筆誕生

1948年，中國(guó)第一支國(guó)產(chǎn)圓珠筆在上海豐華圓珠筆廠誕生。改革開(kāi)放以后，在巨大的出口需求帶動(dòng)下，制筆廠如雨后春筍一般出現(xiàn)。

國(guó)家有關(guān)部門(mén)于2011年啟動(dòng)了“制筆行業(yè)關(guān)鍵材料及制備技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，國(guó)家撥款近6000萬(wàn)元支持相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)針對(duì)中性墨水制造、筆頭不銹鋼線材、加工設(shè)備等開(kāi)展科技攻關(guān)。經(jīng)過(guò)不懈努力，項(xiàng)目于2015年通過(guò)“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了一系列技術(shù)突破。長(zhǎng)期以來(lái)，困擾中國(guó)制筆行業(yè)的“進(jìn)口依賴”困局，開(kāi)始被逐漸扭轉(zhuǎn)。

為了給數(shù)百億支圓珠筆安上“中國(guó)筆頭”，國(guó)家早在2011年就開(kāi)啟了這一重點(diǎn)項(xiàng)目的攻關(guān)。

專家認(rèn)為，鋼材要制造筆頭，必須用很多特殊的微量元素，把鋼材調(diào)整到最佳性能，微量元素配比的細(xì)微變化都會(huì)影響鋼材質(zhì)量，這個(gè)配比找不到，中國(guó)的制筆行業(yè)永遠(yuǎn)都需要進(jìn)口筆尖鋼。

因?yàn)殚_(kāi)發(fā)這個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有可借鑒的資料，一個(gè)成分的配比都是從幾十千克開(kāi)始煉，各種成分加入多少的次數(shù)也無(wú)法統(tǒng)計(jì)。

筆頭產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝是國(guó)外企業(yè)的核心機(jī)密，國(guó)人必須自主開(kāi)發(fā)一套前所未有的煉鋼工藝。沒(méi)有任何參考，只能不斷地積累數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)、設(shè)計(jì)工藝方法。

突破的靈感來(lái)自家常的“和面”，面要想和得軟硬適中，就要加入新“料”，相對(duì)應(yīng)的鋼水里就要加入工業(yè)“添加劑”。普通的添加劑都是塊狀，如果能把塊狀變細(xì)變薄，鋼水和添加劑就會(huì)融合得更加均勻，這樣就可以增強(qiáng)切削性。

經(jīng)過(guò)5年數(shù)不清的失敗試驗(yàn)，在電子顯微鏡下，太鋼集團(tuán)終于看到了“添加劑”分布均勻的筆尖鋼，試驗(yàn)在2016年9月取得成功。大規(guī)模煉鋼10多次后，第一批切削性好的鋼材終于出爐了。這批直徑2.3毫米的不銹鋼鋼絲，可以驕傲地寫(xiě)上“中國(guó)制造”的標(biāo)志。

筆頭制造難度有多大

圓珠筆頭看似簡(jiǎn)單，其實(shí)內(nèi)藏乾坤。筆頭開(kāi)口處厚度不到0.1毫米，卻要承受各種書(shū)寫(xiě)姿勢(shì)帶來(lái)的壓力和摩擦，同時(shí)還要和滾珠完全貼合，既要書(shū)寫(xiě)流暢，又不能漏墨。因此，其硬度、開(kāi)口大小、墨水槽位置必須搭配得“天衣無(wú)縫”。故而，筆頭的每個(gè)參數(shù)都需要由計(jì)算機(jī)精確計(jì)算到頭發(fā)絲的約十分之一。

筆頭產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝是國(guó)外企業(yè)的核心機(jī)密，國(guó)人必須自主開(kāi)發(fā)一套前所未有的煉鋼工藝。沒(méi)有任何參考，只能不斷地積累數(shù)據(jù)、調(diào)整參數(shù)、設(shè)計(jì)工藝方法。

據(jù)專家介紹，圓珠筆頭分為筆尖上的球珠和球座體。油性圓珠筆頭的圓珠由黃銅、鋼或者碳化鎢制成;水性圓珠筆頭的圓珠則采用不銹鋼、硬質(zhì)合金或氧化鋁等材料制成。由這些材料制成的圓珠筆，要滿足在同一個(gè)角度下，連續(xù)不斷地書(shū)寫(xiě)800米且不出現(xiàn)斷線的情況才算合格。

其中，球珠用的碳化鎢的硬度比鋼的硬度高數(shù)倍，僅比金剛石的稍微差一點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，碳化鎢先被制成比標(biāo)準(zhǔn)尺寸略大的小顆粒，散鋪在一個(gè)帶溝槽的板上，并使這些小顆粒進(jìn)入圓形溝槽，僅露出其頂部。然后放上一塊又重又平的頂盤(pán)，壓在這些小顆粒上面，在兩盤(pán)之間注入研磨油，使這些小顆粒浸泡在含有粉末狀金剛石的潤(rùn)滑混合物中。金剛石粉末不斷地把這些小顆粒的邊角研磨掉，使它們逐漸變得又圓又光，直到生產(chǎn)出光滑度適中、符合標(biāo)準(zhǔn)的小圓球?yàn)橹埂?/p>

這一產(chǎn)品真正的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于怎樣把這么小的圓球，在極大的生產(chǎn)數(shù)量下，做到相同的尺寸。這里的高精度、高互換性是基于整個(gè)制造體系的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)玫降摹?/p>

在筆頭最頂端的地方，也就是放小圓珠的地方，厚度僅有0.3毫米到0.4毫米。由于后期要進(jìn)行高精度的加工，既要容易切削，加工時(shí)又不能開(kāi)裂，對(duì)不銹鋼原材料提出了極高的性能要求。

總之，圓珠筆頭對(duì)加工精度的要求極高，由于筆頭上不僅有小球珠，里面還有5條引導(dǎo)墨水的溝槽，生產(chǎn)加工中一個(gè)小小的偏差都會(huì)影響書(shū)寫(xiě)的流暢度和筆的使用壽命，筆尖的開(kāi)口厚度不到0.1毫米，還要考慮到書(shū)寫(xiě)角度和壓力，球珠與筆頭、墨水溝槽位必須搭配得“天衣無(wú)縫”，加工誤差不能超過(guò)0.003毫米，否則將會(huì)影響其書(shū)寫(xiě)的流暢性。