小時候期待開學的原因之一,是又可以買新文具了。很多人不知道,看上去普普通通的文具,其實背后的技術并不普通。
圓珠筆之所以能流暢地出墨,是因為在書寫的過程中,圓珠筆頭的小球珠在與紙張接觸時產生的摩擦力作用下滾動,從而將筆芯中的油墨帶出,形成筆跡。
簡單來說,圓珠筆頭的構造就是將一個球珠嵌在球座體的頂端,使球珠能夠平滑地轉動,且不容易從球座體中脫落。這對球珠的要求可不簡單。
圓珠筆頭的制造主要有三個技術難點。
首先,為了保證平滑的書寫體驗,球珠與球座體之間的配合至關重要。球珠和球座體之間的間隙大約為5 微米。若間隙過小,墨水便不能順滑流出;若間隙過大,則會導致漏墨,甚至使球珠從筆尖上脫落。
其次,在書寫過程中,由于筆尖上的球珠與紙張不斷摩擦,球珠與球座體之間的間隙會逐漸變大。久而久之,油墨容易從縫隙中漏出來,影響書寫。
再次,圓珠筆尖有極高的加工精度和裝配精度。筆尖內有高低不平的臺階和引導墨水的導油槽,每個導油槽的加工精度誤差都要求不超過1 微米。
圓珠筆用的鋼材有一個專用名字——筆尖鋼。筆尖鋼需要有耐銹蝕的性能,以抵抗長時間與墨水接觸的過程中溶劑等對球體的腐蝕。
圓珠筆球體的鋼材由碳、硅、錳、磷、銅、鎳等十余種元素組成,每種元素的含量不同。選擇哪些元素,每種元素使用多少,每種元素在什么時間加入等,都會對鋼材的性能產生影響。
長期以來,筆尖鋼的化學組成及技術參數掌握在日本、瑞士等國家的一些公司手中。
沒有技術支持,項目難度大,但我們還是攻克了這一技術難題,研發出國產筆尖鋼,并且在2017年實現了筆尖鋼國內量產。從此,我國使用的筆尖鋼驕傲地打上了“中國制造”的標志。
(選自“科普中國”,有改動)