圓珠筆上的“頂尖”技術(shù)

張京

人們很早以前用樹枝、石頭等寫字，用刀子刻字，后來有了毛筆、鉛筆，再后來發(fā)明了鋼筆。現(xiàn)在，鋼筆也少見了，圓珠筆已經(jīng)成為人們常用的書寫工具。可你知道嗎，看似平常的一支圓珠筆在筆尖上卻隱藏著頂尖技術(shù)呢……

約翰·勞德是美國19世紀(jì)末的一名記者。約翰每天帶著蘸水筆四處采訪寫稿，隨身攜帶的蘸水筆使用非常不方便，不是墨水瓶倒了，就是蘸水筆滴墨弄臟了衣服或稿件。

為了避免使用蘸水筆的麻煩，約翰自己動手，制造了一種用滾珠做筆尖的書寫工具，這就是圓珠筆的雛形。約翰很重視自己的發(fā)明，趕緊去專利局申請了專利，并且將這種書寫工具命名為圓珠筆。

申請了專利之后，約翰又陸續(xù)手工制造了幾支圓珠筆，分發(fā)給自己的記者朋友試用。可是約翰的圓珠筆在書寫過程中經(jīng)常漏墨，字跡不均勻，粗一筆細(xì)一筆，弄不好還黑一塊，糊一片，很不理想。雖然申請了專利，卻沒有投入商業(yè)生產(chǎn)。

后來，一名匈牙利記者對約翰發(fā)明的圓珠筆很感興趣，仔細(xì)研究之后，發(fā)現(xiàn)約翰的圓珠筆之所以漏墨，是水質(zhì)墨水太稀造成的。于是，那名匈牙利記者改用報(bào)紙油墨代替水質(zhì)墨水。這一改，圓珠筆漏墨的問題得到了較大的改善，圓珠筆的實(shí)用性大大增強(qiáng)，達(dá)到了可以正常使用的地步。這位匈牙利記者趕緊為他改進(jìn)的圓珠筆申請了專利。

接下來，英國購買了那名匈牙利記者的圓珠筆專利，開始小批量生產(chǎn)圓珠筆。剛剛進(jìn)入書寫界的圓珠筆，成為書寫工具中的“貴族”，一般人沒有機(jī)會使用，只有英國皇家空軍才能得到圓珠筆。當(dāng)時(shí)圓珠筆是軍用物資，特供專屬。

第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，圓珠筆仍舊屬于軍用物資，不過使用圓珠筆的兵種從空軍擴(kuò)展到了其他兵種，陸軍士兵也可以使用了。由于圓珠筆在軍隊(duì)中的廣泛使用，加之它又有超強(qiáng)的書寫能力，所以當(dāng)時(shí)圓珠筆還有一個(gè)霸氣的名字叫“原子筆”，寓意為筆中的“戰(zhàn)斗筆”，書寫性能無筆能敵。至今還有一些人把圓珠筆稱為原子筆。

中國毛筆具有極其復(fù)雜的制作工藝。制造一支毛筆，要經(jīng)過材料選擇、脫脂、除絨、配料、梳洗、卷頭等數(shù)十道工序。毛筆制作工序的產(chǎn)生與存在，標(biāo)志著我國古代所具有的超強(qiáng)材料加工技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是我國曾為技術(shù)強(qiáng)國的重要證據(jù)。

飛行員在天上飛行，需要攜帶書寫工具時(shí)，最討厭攜帶墨水鋼筆。因?yàn)轱w到天上后，環(huán)境氣壓變小，鋼筆墨水腔的壓力大于外部環(huán)境氣壓，墨水會噴濺出來，將飛行員的衣服噴臟。圓珠筆最早被飛行員使用，是因?yàn)樗鼪]有高空噴墨的缺陷。

關(guān)于圓珠筆的構(gòu)造，大家大體是知道的，有些人還拆過圓珠筆。但是，許多人對圓珠筆的細(xì)節(jié)構(gòu)造可能就比較陌生了，一般不知道圓珠筆尖是什么構(gòu)造。

現(xiàn)在我們來拆解一個(gè)圓珠筆尖，通過了解結(jié)構(gòu)弄明白圓珠筆的書寫原理。

拆開來看，你會發(fā)現(xiàn)圓珠筆尖由兩個(gè)核心部件組成。里面是一個(gè)金屬球，外面就是包裹金屬球的球座。金屬球可以在球座里面任意旋轉(zhuǎn)。

書寫時(shí)，筆芯里的油墨流向筆頭的球座里，黏附在球珠上，球珠與紙面直接接觸產(chǎn)生的摩擦力，使球珠在球座內(nèi)滾動帶出油墨，在紙面上形成字跡。

圓珠筆的工作原理原來這么簡單呀！是的，按照上面介紹的工作原理，是可以手工制作一支圓珠筆的。但是，你手工制作的圓珠筆性能如何，能不能用，那就不好說了。因?yàn)橐圃斐鲆恢Ц咝阅艿膱A珠筆，需要高科技材料和精密的加工技術(shù)。

只知原理，沒有高端材料和技術(shù)為后盾，造出的圓珠筆要么不能用，要么不好用，不是廢品就是次品。

圓珠筆筆尖的球珠直徑要比球座孔的直徑略大一點(diǎn)。那么球珠是如何通過比它小的球座孔，被裝進(jìn)球座的呢？是利用了熱脹冷縮的工藝。先將球座放進(jìn)熱油里加熱，受熱后球座孔的直徑就會膨脹到大于球珠的直徑，這時(shí)候球珠就很容易通過球座孔被安裝進(jìn)球座里。等溫度降下來之后，球座孔直徑回縮，重新小于球珠，球座就可以包裹住球珠了。

1945年，美國人改進(jìn)圓珠筆，并投入商業(yè)生產(chǎn)。當(dāng)時(shí)，圓珠筆的賣點(diǎn)是“能在水下書寫”，每支售價(jià)12.5美元，相當(dāng)于現(xiàn)在的160美元。雖然價(jià)格如此昂貴，但還是阻擋不了人們瘋狂追捧的熱情，當(dāng)時(shí)有上千人排隊(duì)購買，一口氣賣出一萬支圓珠筆。

現(xiàn)在我們使用的圓珠筆，工作原理和舊式圓珠筆是一樣的，但在加工技術(shù)和材料技術(shù)上已經(jīng)產(chǎn)生了天翻地覆的改變。金屬珠、球座的材料和加工，制造圓珠筆的這兩項(xiàng)高難度技術(shù)，并非普遍被人掌握，只被少數(shù)國家壟斷。

我們國家是圓珠筆生產(chǎn)大國，共有數(shù)千家圓珠筆企業(yè)，一年生產(chǎn)圓珠筆4億支左右，約占全球總產(chǎn)量的80%。但是，我們生產(chǎn)的這么多圓珠筆，并非完全中國制造，因?yàn)楣P尖上的圓珠和球座都需要進(jìn)口。我國絕大多數(shù)工廠生產(chǎn)不出圓珠筆筆尖。

依我們國家的科技水平，上天有“天宮”，下海有“蛟龍”，咋連個(gè)圓珠筆筆尖也造不出呢？

造不出圓珠筆筆尖的原因主要有兩個(gè)：

一是技術(shù)要求的確太高。球珠需要采用非常堅(jiān)硬耐磨的特種鋼制造，我國鋼鐵產(chǎn)量雖然很高，但多屬于普通鋼鐵，能用來加工筆尖球珠的特種鋼的研發(fā)能力不足。再者，包裹球珠的球座需要精密加工機(jī)床才能制造。你別看球座那么細(xì)小，內(nèi)腔卻不是簡單的碗狀，里面密布各種細(xì)小溝槽，加工工藝非常復(fù)雜，一般國家都沒有這個(gè)加工能力。

二是研發(fā)動力不足。圓珠筆尖雖然是高科技產(chǎn)品，但似乎與國家安全、航空航天、深海探測等這些重要的科技項(xiàng)目不沾邊。不就是一支圓珠筆嘛，生產(chǎn)不生產(chǎn)“無關(guān)痛癢”，所以許多科研單位沒有緊迫感，研發(fā)動力明顯不足，研制圓珠筆筆尖的事就耽擱了。

瑞士被稱為鐘表王國。瑞士機(jī)床技術(shù)19世紀(jì)后期以生產(chǎn)鐘表起家，后經(jīng)逐步發(fā)展，精密機(jī)床制造技術(shù)日新月異，達(dá)到世界最先進(jìn)水平。憑借精密加工技術(shù)，瑞士工業(yè)產(chǎn)品精良、技藝高超，別人磨不了的球珠他們能磨，別人刻不了的細(xì)小物件，他們能刻。能將圓珠筆球珠與球座加工到吻合誤差不超0.1微米的機(jī)床，除了瑞士，目前誰也造不出來。

一支圓珠筆能寫多少個(gè)字，這取決于圓珠筆的精細(xì)程度。一支制造粗劣的圓珠筆，可能寫一行字就不能再用了，要么墨堵了，要么鋼珠脫落了。一支合格的圓珠筆大約能寫一萬字。不過，圓珠筆的書寫總量一般不用所寫字?jǐn)?shù)來表示，而是用它能畫出單線的長度來衡量。一支圓珠筆如果能畫一條兩千米長的線條，則表示質(zhì)量不錯(cuò)。

以前，圓珠筆筆尖的生產(chǎn)技術(shù)主要被日本和瑞士壟斷。我國生產(chǎn)圓珠筆所需的筆尖主要從這兩個(gè)國家進(jìn)口。

當(dāng)我們國家的圓珠筆產(chǎn)業(yè)還不興盛的時(shí)候，進(jìn)口一些筆尖感覺沒有什么大礙。可是，隨著我國圓珠筆產(chǎn)量的迅猛增長，國人發(fā)現(xiàn)筆尖技術(shù)受制于人，感覺相當(dāng)難受。

你進(jìn)口筆尖，定價(jià)權(quán)肯定在人家手里，我們做一支圓珠筆的利潤大部分被筆尖技術(shù)壟斷者給侵吞了，這就造成中國圓珠筆企業(yè)雖然很賣力地生產(chǎn)圓珠筆，卻賺不到多少錢。

另外，有時(shí)就算我們拿著錢找人家進(jìn)口圓珠筆筆尖，人家還一扭臉，說“不賣”。你看看，拿錢還買不到貨，被人家卡脖子，又急人又氣人，不只是難受啊！

關(guān)鍵問題是，中國作為科技大國，連圓珠筆筆尖也造不出來，這有礙我國向科技強(qiáng)國邁進(jìn)，這絕不是不痛不癢的事，而是有損國家形象和利益。

無論從企業(yè)利益還是從國家利益角度去看，研發(fā)我們自己的圓珠筆筆尖，在這項(xiàng)頂尖技術(shù)上有所突破，非常緊迫，而且非常有必要！

不久前，太鋼集團(tuán)傳來好消息：經(jīng)過數(shù)百次試驗(yàn)，終于成功研制出圓珠筆球珠所需的特種鋼絲，我們自產(chǎn)的特種鋼絲可以打破圓珠筆筆尖材料的壟斷。這樣，等到我們擁有圓珠筆筆尖加工技術(shù)，那么給圓珠筆筆尖打上“中國制造”的標(biāo)簽就指日可待了。

看似光滑的球珠，并非異常光滑，表面只是適度光滑。球珠表面如果太粗糙，使用時(shí)會有頓挫感，書寫不流暢。表面如果太光滑，則帶不出油墨，寫字時(shí)只會在紙上留下劃痕卻無字跡。將球珠在放大鏡下觀察，可以看出它其實(shí)是磨砂面。要將這么小的球珠研磨出磨砂面，那是相當(dāng)費(fèi)事的，需要在研磨機(jī)中斷斷續(xù)續(xù)地研磨幾十個(gè)小時(shí)才能成功。

球珠作為圓珠筆的核心配件，它的制作材料也是不斷變化升級的。起初是用不銹鋼材料加工而成。后來改用碳化鎢粉用“和面搓小球”的方法制造。現(xiàn)在則采用特種鋼絲切段磨銑而成。曾經(jīng)有家制筆公司花高價(jià)從瑞士引進(jìn)了高端圓珠筆尖的機(jī)床設(shè)備，本想大干一場，結(jié)果在用完了廠家贈送的300噸圓珠筆特種鋼線材后，竟然發(fā)現(xiàn)國內(nèi)找不到這種特種鋼。機(jī)床有了，可是球珠材料弄不到，圓珠筆尖仍舊造不出來。

（編輯 孫世奇）