圆珠笔尖上的“黑科技”

苏更林

改变世界的圆珠笔

圆珠笔作为现代社会的一种大众书写工具，如今在世界上应用极广。英国一家报纸曾评选出101项改变世界的小发明，排在第9位的就是圆珠笔。

圆珠笔的发明可以追溯到19世纪80年代。一个叫约翰·劳德的美国人提出了关于圆珠笔的设计方案，并于1888年10月30日进行了专利登记。约翰·劳德发明的这种笔，已经具备了圆珠笔的基本要素，如笔尖带有一个可以旋转的圆珠，通过从墨水囊中不断获得墨水而进行书写……

我们现在广泛使用的圆珠笔是由匈牙利人约瑟夫·比罗于1938年发明的……比罗发明的圆珠笔具备了现代圆珠笔的雏形，在一根灌满速干墨水的管子顶端嵌装上一粒滚珠，借助滚珠的转动把墨水书写在纸张上。

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美妙绝伦的“书写点”

圆珠笔的“书写点”为一个直径为0.5～1.0毫米的圆珠。比罗发明的圆珠笔改进了自来水笔的吸管，并把笔尖改成小圆珠。由于小圆珠能够任意转动，因此可以把墨水均匀平滑地书写在纸面上。为了适应圆珠笔“书写点”的变革，比罗把笔芯设计成“螺旋状”，从而通过控制气压来控制墨水的流量。

那么，圆珠笔的“书写点”是如何工作的呢？原来，人们在用圆珠笔进行书写时，在大气压力与油墨重力的双重作用下，分布在笔芯内的油墨便会流向笔头的珠座体中，并黏附在“书写点”（球珠）上。书写时由于球珠的滚动而使油墨附着在纸面上，从而形成清晰、鲜艳、整洁的字迹。

由于圆珠笔的“书写点”在书写时需要承受很大的压力，所以笔尖的球珠需要用坚硬耐磨的材料制成。最初推向市场的圆珠笔是十分昂贵的，这是因为作为书写点的球珠成本很高。当时的球珠是用铬和钢的合金制成的，具有很好的耐压耐磨性能。后来，碳化钨成为制造球珠常用的材料。碳化钨硬度与金刚石相近，化学性质稳定。用碳化钨制成的球珠具有更长的寿命，书写起来也更加流畅。

圆珠笔笔尖上的“皇冠”

圆珠笔的笔头包括球座体和球珠两个主要部件。其中的球座体被誉为圆珠笔笔尖上的“皇冠”，一向是少数国家垄断的核心机密。

球座体并不是一个简单的与球珠相扣的连接体，而是具有精妙结构的功能体。在球座体的内部设置有5条引导墨水的沟槽，对加工工艺的要求极其苛刻，加工误差不能超过0.003毫米。笔尖的开口口径不到0.1毫米，还要考虑到书写角度和压力，与球珠、墨水沟槽位必须搭配得天衣无缝。看来，要生产高品质的球座体，不仅需要超精密的加工设备和工藝，而且更重要的是需要制造笔头的易切削的不锈钢原材料。

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近日，我国科学家成功研发出圆珠笔头球座体所用的“超易切削钢丝”，其工艺技术及产品实物质量达到国际先进水平，目前已实现量产并投放市场。届时，中国的圆珠笔将实现真正的“国产化”。

（摘自《百科知识》2017年第6期，有删改）