“圆珠笔”的前世今生

慧文

1943年6月，匈牙利记者比罗·拉斯洛和他的兄弟格奥尔格发明了第一支圆珠笔——一种用滚动的微型钢珠作为笔尖的笔，并向欧洲专利局申请了一个新专利，标志着第一种商品化的圆珠笔——Biro圆珠笔正式诞生。如今，这种书写工具使用相当广泛，但是它的发明过程知道的人却寥寥无几。

改变世界的一项发明

最早出现圆珠笔这一名称的时间是1888年，一位名叫约翰·劳德的美国记者曾设计出一种利用滚珠作笔尖的笔，但他未能将其制成便于人们使用的商品。这种笔也有很大的缺陷，一是笔头的小圆珠制作困难，在普通纸张上书写的效果不佳，墨水出水不均匀。二是油墨黏稠度难以调配，有漏水和堵塞现象。所以这种笔并没有解决钢笔所存在的问题，但是为后来圆珠笔的诞生奠定基础。

1895年，英国市场上也曾出售过商品化的非书写用圆珠笔，因其用途狭窄，未能流行起来。1916年，德国也有人设计制作过一种新型的圆珠笔，其结构与今天的圆珠笔较为接近，但性能较差，未能引起广泛的重视。

1943年，匈牙利记者比罗·拉斯洛非常清楚地意识到普通钢笔所存在的问题。他是在访问一家报纸时产生了用一种使用快干墨水的笔代替传统墨汁笔这一想法的。报纸用的油墨几乎是在瞬间干燥，而且不会留下污迹。

比罗誓将类似墨水应用到一种新型书写工具中。为了避免黏稠的墨水堵塞他的笔，他提出在装有这种快干墨水的管子顶端安装能够旋转的小金属球。该金属球将有两个功能：作为笔帽防止墨水变干。使墨水以可控速度从笔中流出。

1943年6月，比罗和他的兄弟格奥尔格（匈牙利化学家）向欧洲专利局申请了一个新专利，并生产了第一种商品化的圆珠笔——Biro圆珠笔。后来，英国政府购买了这个专利圆珠笔的使用权，使得这些圆珠笔可以被英国皇家空军的机组人员使用。除了比传统钢笔更坚固以外，圆珠笔还能够在低压的高空中使用（在高空中，传统自来水笔的墨水会溢出）。这在英国皇家空军中收到了很好的使用效果，使得Biro圆珠笔大受好评，在第二次世界大战中，这种圆珠笔由于其坚固性和适应战场环境的能力而在军队中广泛使用。

我國第一支国产圆珠笔诞生

1948年，中国第一支国产圆珠笔在上海丰华圆珠笔厂诞生。改革开放以后，在巨大的出口需求带动下，制笔厂如雨后春笋一般出现。

国家有关部门于2011年启动了“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目，国家拨款近6000万元支持相关科研机构、企业针对中性墨水制造、笔头不锈钢线材、加工设备等开展科技攻关。经过不懈努力，项目于2015年通过“十二五”国家科技支撑计划验收，实现了一系列技术突破。长期以来，困扰中国制笔行业的“进口依赖”困局，开始被逐渐扭转。

为了给数百亿支圆珠笔安上“中国笔头”，国家早在2011年就开启了这一重点项目的攻关。

专家认为，钢材要制造笔头，必须用很多特殊的微量元素，把钢材调整到最佳性能，微量元素配比的细微变化都会影响钢材质量，这个配比找不到，中国的制笔行业永远都需要进口笔尖钢。

因为开发这个产品没有可借鉴的资料，一个成分的配比都是从几十千克开始炼，各种成分加入多少的次数也无法统计。

笔头产品的生产工艺是国外企业的核心机密，国人必须自主开发一套前所未有的炼钢工艺。没有任何参考，只能不断地积累数据、调整参数、设计工艺方法。

突破的灵感来自家常的“和面”，面要想和得软硬适中，就要加入新“料”，相对应的钢水里就要加入工业“添加剂”。普通的添加剂都是块状，如果能把块状变细变薄，钢水和添加剂就会融合得更加均匀，这样就可以增强切削性。

经过5年数不清的失败试验，在电子显微镜下，太钢集团终于看到了“添加剂”分布均匀的笔尖钢，试验在2016年9月取得成功。大规模炼钢10多次后，第一批切削性好的钢材终于出炉了。这批直径2.3毫米的不锈钢钢丝，可以骄傲地写上“中国制造”的标志。

笔头制造难度有多大

圆珠笔头看似简单，其实内藏乾坤。笔头开口处厚度不到0.1毫米，却要承受各种书写姿势带来的压力和摩擦，同时还要和滚珠完全贴合，既要书写流畅，又不能漏墨。因此，其硬度、开口大小、墨水槽位置必须搭配得“天衣无缝”。故而，笔头的每个参数都需要由计算机精确计算到头发丝的约十分之一。

笔头产品的生产工艺是国外企业的核心机密，国人必须自主开发一套前所未有的炼钢工艺。没有任何参考，只能不断地积累数据、调整参数、设计工艺方法。

据专家介绍，圆珠笔头分为笔尖上的球珠和球座体。油性圆珠笔头的圆珠由黄铜、钢或者碳化钨制成;水性圆珠笔头的圆珠则采用不锈钢、硬质合金或氧化铝等材料制成。由这些材料制成的圆珠笔，要满足在同一个角度下，连续不断地书写800米且不出现断线的情况才算合格。

其中，球珠用的碳化钨的硬度比钢的硬度高数倍，仅比金刚石的稍微差一点。在实际生产过程中，碳化钨先被制成比标准尺寸略大的小颗粒，散铺在一个带沟槽的板上，并使这些小颗粒进入圆形沟槽，仅露出其顶部。然后放上一块又重又平的顶盘，压在这些小颗粒上面，在两盘之间注入研磨油，使这些小颗粒浸泡在含有粉末状金刚石的润滑混合物中。金刚石粉末不断地把这些小颗粒的边角研磨掉，使它们逐渐变得又圆又光，直到生产出光滑度适中、符合标准的小圆球为止。

这一产品真正的设计难点在于怎样把这么小的圆球，在极大的生产数量下，做到相同的尺寸。这里的高精度、高互换性是基于整个制造体系的严谨得到的。

在笔头最顶端的地方，也就是放小圆珠的地方，厚度仅有0.3毫米到0.4毫米。由于后期要进行高精度的加工，既要容易切削，加工时又不能开裂，对不锈钢原材料提出了极高的性能要求。

总之，圆珠笔头对加工精度的要求极高，由于笔头上不仅有小球珠，里面还有5条引导墨水的沟槽，生产加工中一个小小的偏差都会影响书写的流畅度和笔的使用寿命，笔尖的开口厚度不到0.1毫米，还要考虑到书写角度和压力，球珠与笔头、墨水沟槽位必须搭配得“天衣无缝”，加工误差不能超过0.003毫米，否则将会影响其书写的流畅性。