我國是制筆大國，國際上每5支筆中有4支來自中國，已形成近800億元/年的市場，一般情況下，圓珠筆用球珠主要是不銹鋼和炭化鎢材料，但這類球珠在書寫過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷線、掉珠、死珠、蘸頭等現(xiàn)象，目前由邯鄲市流暢圓制筆材料有限公司與清華大學(xué)新型陶瓷與工藝國家重點實驗室共同研制的“圓珠筆用氧化鋯陶瓷球珠”克服了以上缺陷，填補了國內(nèi)空白，該科技成果已被列為國家制筆行業(yè)“十一五”國家重點推廣新產(chǎn)品。

▲今天我們來研究上圖紅色圈圈的小球球

一、圓珠筆發(fā)展?fàn)顩r

1944年由美國派克公司發(fā)明的油性圓珠筆，使得書寫工具變得更加簡單化、適用化、使用成本更低。但是由于圓珠筆的球珠采用了不銹鋼材料，經(jīng)常出現(xiàn)打滑、斷線、掉珠等問題，球珠材料的耐腐蝕、耐磨性能達不到書寫要求，我們稱之為“第一代圓珠筆”。

隨著市場的需求變化，圓珠筆也有了較大的發(fā)展，在上世紀(jì)80年代初，開發(fā)出了水性圓珠筆、中性圓珠筆，采用碳化鎢硬質(zhì)合金材料代替了不銹鋼材料，大大提高了圓珠筆的書寫質(zhì)量，但是在耐書寫、書寫手感等方面不是令人滿意。這是“第二代圓珠筆”。

采用氧化鋯陶瓷材料的球珠于2007年8月順利地通過了由河北省科技廳和制筆協(xié)會共同組織的新產(chǎn)品鑒定，鑒定認(rèn)為：氧化鋯陶瓷球珠的耐腐蝕、耐磨性能優(yōu)于碳化鎢球珠，是圓珠筆球珠的最佳材料，大幅度提高了圓珠筆的質(zhì)量；氧化鋯球珠帶墨量均勻，書寫長度是碳化鎢球珠的2－3倍，書寫手感舒適，減輕了書寫疲勞。至此，第三代圓珠筆終于煥發(fā)出異彩。

二、陶瓷筆珠的成型工藝

陶瓷球體的成型工藝有等靜壓、擠出、滾動和膠態(tài)注射等成型方法, 膠態(tài)注射成球新工藝, 是利用界面張力原理, 采用水溶性單體的快速固化反應(yīng)，通過成球介質(zhì)、漿料特性工作參數(shù)的調(diào)整，完成微珠成型、整形和保形的關(guān)鍵過程。

產(chǎn)品具有如下優(yōu)勢: 產(chǎn)品硬度高，維氏硬度>1600；表面粗糙度Ra值<0.5μm< span="">；圓度誤差<0.5μm< span="">；致密度均勻；吸水性為0。

三、陶瓷球珠的研磨工藝

采用膠態(tài)注射成型工藝生產(chǎn)的陶瓷筆珠坯體，通過分級、分選設(shè)備，把陶瓷珠按照筆珠所需規(guī)格分成不同規(guī)格的坯體，使用專用球磨設(shè)備及拋光設(shè)備進行研磨拋光，使陶瓷珠達到筆珠要求；其中，直徑精度為0.03μm，圓度誤差小于0.05μm，表面粗糙度Ra 在0.012μm以下。選擇合適的陶瓷坯體，選用一定硬度的球磨鑄鐵作為磨盤，在機油中加入不同粒徑磨削液進行研磨和拋光，通過控制研磨機的轉(zhuǎn)速和壓力，解決了由于陶瓷脆而難以加工的瓶頸問題，成品率達98 %，實現(xiàn)了批量化生產(chǎn)。

四、陶瓷球珠在圓珠筆上的使用優(yōu)勢特點

氧化鋯陶瓷筆珠硬度高、耐腐蝕、 耐磨損、書寫流暢、手感柔韌。與傳統(tǒng)材質(zhì)筆珠相比，其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、表面光潔度高，書寫手感好

氧化鋯陶瓷具有細小均勻的納米級微晶結(jié)構(gòu)，球珠表面光潔度可以達到0.012μm，與球座磨損小，書寫手感好，不打滑、不冒油、出墨均勻、劃線清晰。

2、普適性

氧化鋯陶瓷筆珠能夠與不銹鋼、鎳白銅、鉛黃銅等不同材質(zhì)的球座相配合。 與油性、水性、中性等墨水浸潤性良好，因此氧化鋯陶瓷筆珠可以適用于目前各類圓珠筆。

3、耐腐蝕、耐磨損、表面狀態(tài)保持長久

氧化鋯陶瓷硬度高、抗機械磨損性能優(yōu)良。而且室溫下絕緣性好，不存在球 珠與球座之間因長時間摩擦所產(chǎn)生的電位差異，避免了電化學(xué)腐蝕，因此表面狀態(tài)保持長久，書寫穩(wěn)定，劃線長度達到傳統(tǒng)材質(zhì)筆珠的3-5倍。

4、磨削加工誘發(fā)表面增韌

適當(dāng)控制球珠表面磨削工藝，可以誘發(fā)陶瓷表面相壓應(yīng)力增韌，形成最佳表 面應(yīng)力層，增加材料的抗彎強度和斷裂韌性等力學(xué)性能，提高筆珠耐磨性。

5、選材先進，性價比優(yōu)勢大

氧化鋯陶瓷性能優(yōu)良，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用發(fā)展迅速，高精度陶瓷球珠的成型、加工 技術(shù)已經(jīng)得到突破，目前所開發(fā)高精度球珠已經(jīng)廣泛用于陶瓷軸承等工業(yè)耐磨 件。陶瓷燒結(jié)溫度一般為1500℃左右，相對于碳化鎢材料燒結(jié)成本低，且密度僅為其1/3左右，因此單粒筆珠具有成本優(yōu)勢，市場前景廣闊。

作者：谷雨