一文了解第三代氧化鋯瓷珠圓珠筆

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鏽鋼和炭化鎢材料，但這類球珠在書寫過程中經常出現斷線、掉珠、死珠、蘸頭等現象，目前由邯鄲市流暢圓制筆材料有限公司與清華大學新型陶瓷與工藝國家重點實驗室共同研製的「圓珠筆用氧化鋯陶瓷球珠」克服了以上缺陷，填補了國內空白，該科技成果已被列為國家制筆行業「十一五」國家重點推廣新產品。

▲今天我們來研究上圖紅色圈圈的小球球

一、圓珠筆發展狀況

1944年由美國派克公司發明的油性圓珠筆，使得書寫工具變得更加簡單化、適用化、使用成本更低。但是由於圓珠筆的球珠採用了不鏽鋼材料，經常出現打滑、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展，在上世紀80年代初，開發出了水性圓珠筆、中性圓珠筆，採用碳化鎢硬質合金材料代替了不鏽鋼材料，大大提高了圓珠筆的書寫質量，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於2007年8月順利地通過了由河北省科技廳和制筆協會共同組織的新產品鑒定，鑒定認為：氧化鋯陶瓷球珠的耐腐蝕、耐磨性能優於碳化鎢球珠，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，第三代圓珠筆終於煥發出異彩。

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、滾動和膠態注射等成型方法,膠態注射成球新工藝,是利用界面張力原理,採用水溶性單體的快速固化反應，通過成球介質、漿料特性工作參數的調整，完成微珠成型、整形和保形的關鍵過程。

產品具有如下優勢:產品硬度高，維氏硬度>1600；表面粗糙度Ra值

三、陶瓷球珠的研磨工藝

採用膠態注射成型工藝生產的陶瓷筆珠坯體，通過分級、分選設備，把陶瓷珠按照筆珠所需規格分成不同規格的坯體，使用專用球磨設備及拋光設備進行研磨拋光，使陶瓷珠達到筆珠要求；

其中，直徑精度為0.03μm，圓度誤差小於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速和壓力，解決了由於陶瓷脆而難以加工的瓶頸問題，成品率達98%，實現了批量化生產。

四、陶瓷球珠在圓珠筆上的使用優勢特點

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

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構，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鏽鋼、鎳白銅、鉛黃銅等不同材質的球座相配合。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於目前各類圓珠筆。

3、耐腐蝕、耐磨損、表面狀態保持長久

氧化鋯陶瓷硬度高、抗機械磨損性能優良。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生的電位差異，避免了電化學腐蝕，因此表面狀態保持長久，書寫穩定，劃線長度達到傳統材質筆珠的3-5倍。

4、磨削加工誘發表面增韌

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

5、選材先進，性價比優勢大

氧化鋯陶瓷性能優良，產業化應用發展迅速，高精度陶瓷球珠的成型、加工技術已經得到突破，目前所開發高精度球珠已經廣泛用於陶瓷軸承等工業耐磨件。陶瓷燒結溫度一般為1500℃左右，相對於碳化鎢材料燒結成本低，且密度僅為其1/3左右，因此單粒筆珠具有成本優勢，市場前景廣闊。

作者：穀雨

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