圓珠筆尖上的“黑科技”

蘇更林

改變世界的圓珠筆

圓珠筆作為現代社會的一種大眾書寫工具，如今在世界上應用極廣。英國一家報紙曾評選出101項改變世界的小發明，排在第9位的就是圓珠筆。

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

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

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美妙絕倫的“書寫點”

圓珠筆的“書寫點”為一個直徑為0.5～1.0毫米的圓珠。比羅發明的圓珠筆改進了自來水筆的吸管，并把筆尖改成小圓珠。由于小圓珠能夠任意轉動，因此可以把墨水均勻平滑地書寫在紙面上。為了適應圓珠筆“書寫點”的變革，比羅把筆芯設計成“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”是如何工作的呢？原來，人們在用圓珠筆進行書寫時，在大氣壓力與油墨重力的雙重作用下，分布在筆芯內的油墨便會流向筆頭的珠座體中，并黏附在“書寫點”（球珠）上。書寫時由于球珠的滾動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”在書寫時需要承受很大的壓力，所以筆尖的球珠需要用堅硬耐磨的材料制成。最初推向市場的圓珠筆是十分昂貴的，這是因為作為書寫點的球珠成本很高。當時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，化學性質穩定。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主要部件。其中的球座體被譽為圓珠筆筆尖上的“皇冠”，一向是少數國家壟斷的核心機密。

球座體并不是一個簡單的與球珠相扣的連接體，而是具有精妙結構的功能體。在球座體的內部設置有5條引導墨水的溝槽，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，要生產高品質的球座體，不僅需要超精密的加工設備和工藝，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，我國科學家成功研發出圓珠筆頭球座體所用的“超易切削鋼絲”，其工藝技術及產品實物質量達到國際先進水平，目前已實現量產并投放市場。屆時，中國的圓珠筆將實現真正的“國產化”。

（摘自《百科知識》2017年第6期，有刪改）