“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明了第一支圓珠筆——一種用滾動的微型鋼珠作為筆尖的筆，并向歐洲專利局申請了一個新專利，標志著第一種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆正式誕生。如今，這種書寫工具使用相當廣泛，但是它的發明過程知道的人卻寥寥無幾。

改變世界的一項發明

最早出現圓珠筆這一名稱的時間是1888年，一位名叫約翰·勞德的美國記者曾設計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，在普通紙張上書寫的效果不佳，墨水出水不均勻。二是油墨黏稠度難以調配，有漏水和堵塞現象。所以這種筆并沒有解決鋼筆所存在的問題，但是為后來圓珠筆的誕生奠定基礎。

1895年，英國市場上也曾出售過商品化的非書寫用圓珠筆，因其用途狹窄，未能流行起來。1916年，德國也有人設計制作過一種新型的圓珠筆，其結構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到普通鋼筆所存在的問題。他是在訪問一家報紙時產生了用一種使用快干墨水的筆代替傳統墨汁筆這一想法的。報紙用的油墨幾乎是在瞬間干燥，而且不會留下污跡。

比羅誓將類似墨水應用到一種新型書寫工具中。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的小金屬球。該金屬球將有兩個功能：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（匈牙利化學家）向歐洲專利局申請了一個新專利，并生產了第一種商品化的圓珠筆——Biro圓珠筆。后來，英國政府購買了這個專利圓珠筆的使用權，使得這些圓珠筆可以被英國皇家空軍的機組人員使用。除了比傳統鋼筆更堅固以外，圓珠筆還能夠在低壓的高空中使用（在高空中，傳統自來水筆的墨水會溢出）。這在英國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，在第二次世界大戰中，這種圓珠筆由于其堅固性和適應戰場環境的能力而在軍隊中廣泛使用。

我國第一支國產圓珠筆誕生

1948年，中國第一支國產圓珠筆在上海豐華圓珠筆廠誕生。改革開放以后，在巨大的出口需求帶動下，制筆廠如雨后春筍一般出現。

國家有關部門于2011年啟動了“制筆行業關鍵材料及制備技術研發與產業化”項目，國家撥款近6000萬元支持相關科研機構、企業針對中性墨水制造、筆頭不銹鋼線材、加工設備等開展科技攻關。經過不懈努力，項目于2015年通過“十二五”國家科技支撐計劃驗收，實現了一系列技術突破。長期以來，困擾中國制筆行業的“進口依賴”困局，開始被逐漸扭轉。

為了給數百億支圓珠筆安上“中國筆頭”，國家早在2011年就開啟了這一重點項目的攻關。

專家認為，鋼材要制造筆頭，必須用很多特殊的微量元素，把鋼材調整到最佳性能，微量元素配比的細微變化都會影響鋼材質量，這個配比找不到，中國的制筆行業永遠都需要進口筆尖鋼。

因為開發這個產品沒有可借鑒的資料，一個成分的配比都是從幾十千克開始煉，各種成分加入多少的次數也無法統計。

筆頭產品的生產工藝是國外企業的核心機密，國人必須自主開發一套前所未有的煉鋼工藝。沒有任何參考，只能不斷地積累數據、調整參數、設計工藝方法。

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

經過5年數不清的失敗試驗，在電子顯微鏡下，太鋼集團終于看到了“添加劑”分布均勻的筆尖鋼，試驗在2016年9月取得成功。大規模煉鋼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，可以驕傲地寫上“中國制造”的標志。

筆頭制造難度有多大

圓珠筆頭看似簡單，其實內藏乾坤。筆頭開口處厚度不到0.1毫米，卻要承受各種書寫姿勢帶來的壓力和摩擦，同時還要和滾珠完全貼合，既要書寫流暢，又不能漏墨。因此，其硬度、開口大小、墨水槽位置必須搭配得“天衣無縫”。故而，筆頭的每個參數都需要由計算機精確計算到頭發絲的約十分之一。

筆頭產品的生產工藝是國外企業的核心機密，國人必須自主開發一套前所未有的煉鋼工藝。沒有任何參考，只能不斷地積累數據、調整參數、設計工藝方法。

據專家介紹，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，要滿足在同一個角度下，連續不斷地書寫800米且不出現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倍，僅比金剛石的稍微差一點。在實際生產過程中，碳化鎢先被制成比標準尺寸略大的小顆粒，散鋪在一個帶溝槽的板上，并使這些小顆粒進入圓形溝槽，僅露出其頂部。然后放上一塊又重又平的頂盤，壓在這些小顆粒上面，在兩盤之間注入研磨油，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，直到生產出光滑度適中、符合標準的小圓球為止。

這一產品真正的設計難點在于怎樣把這么小的圓球，在極大的生產數量下，做到相同的尺寸。這里的高精度、高互換性是基于整個制造體系的嚴謹得到的。

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。由于后期要進行高精度的加工，既要容易切削，加工時又不能開裂，對不銹鋼原材料提出了極高的性能要求。

總之，圓珠筆頭對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條引導墨水的溝槽，生產加工中一個小小的偏差都會影響書寫的流暢度和筆的使用壽命，筆尖的開口厚度不到0.1毫米，還要考慮到書寫角度和壓力，球珠與筆頭、墨水溝槽位必須搭配得“天衣無縫”，加工誤差不能超過0.003毫米，否則將會影響其書寫的流暢性。