我国是圆珠笔生产大国，但却不是制笔强国。据2004年统计，我国每年生产几千亿支圆珠笔，世界上每5支圆珠笔中就有4支来自中国。但我国的制笔技术却比较落后，尤其是笔珠材料一直没有得到彻底解决，这使得我国的制笔业一直在低水平徘徊，只能赚取少量利润。

    决定圆珠笔书写寿命的并不是油墨的多少，而是笔尖上那颗小珠子的耐磨程度。在使用不锈钢作为笔珠材料半个多世纪之后，一种革命性的“先进陶瓷”材料开始让小小的笔珠焕发出新的光芒。

    这种陶瓷笔珠的书写寿命是普通笔珠的2-4倍，但成本却只有普通笔珠的一半。用这种笔珠制造的圆珠笔，可以一笔书写2000米而依然保持流畅自如。专家形象地把陶瓷笔珠的加工技术比喻为“加工精度比导弹还要高，成本却比鸡蛋还要便宜”。

    3月23日，在邯郸高新技术开发区的勇龙世纪高技术陶瓷公司内，记者看到了这种神奇而又神气的小珠子。说它神奇，是因为它超越“前辈”的长寿命。说它神气，是因为这种高科技笔珠不再是由德国、日本等垄断的“舶来品”。

    1、笔珠家族的“长寿冠军”

    在勇龙集团办公室的一个展台内，摆放着各种各样的陶瓷制品。其中最吸引人的，还数那些大大小小的珠子。它们中大的有小孩玩的玻璃弹珠那么大，小的则看上去像白色的粉末，无法用肉眼分辨开来。

    “你们可别小瞧了它。虽然‘个子’小，却是笔珠家族的‘长寿冠军’，解决了困扰圆珠笔制造业的一个大问题。”3月23日下午，清华大学材料系教授、勇龙公司董事长杨金龙指着其中一款珠子告诉我们。

    这款珠子就是陶瓷笔珠。

    我们对圆珠笔并不陌生。20世纪30年代后期，拉兹洛和他的兄弟花了几年时间做试验做出了一个当时看起来有些古怪的设计。那是一根灌满速干墨水的管子，其顶端嵌装着一粒滚珠，它使墨水平滑地划写在纸上。

    拉兹洛兄弟一定没有想到，他们当初的发明改变了全人类的书写习惯。

    第二次世界大战后几年间，由于开发出了低成本的制造方法，圆珠笔逐渐成为大家都喜爱的书写工具。制笔工厂开始大量地生产圆珠笔。但不久制笔厂家却发现，圆珠笔市场严重萎缩。原因是圆珠笔前端的钢珠在书写2万字左右后，因摩擦而变小继而脱落导致笔筒内的油泄露出来。弄的满纸油渍，给书写工作带来了极大的不便。

    为了解决这个问题，科学家做了大量的试验。他们试验了上千种不同的材料来做笔前端的那个珠子，以求找到寿命最长的“圆珠”。但结果却不很理想。无奈之下，人们只好在试验中找到一颗“钢珠”所能完成书写的“最大用油量”。然后每支笔所装的“油”都不能超过这个“最大用油量”。

    在之后的很长一段时期里，人们都习惯了使用这种因为笔珠材质所限而不得不“减了寿”的圆珠笔，以至于现在很少有人知道，限制圆珠笔使用寿命的其实不是油墨的多少，而是笔珠的耐磨程度。

    科学家从未停止过寻找更耐用笔珠新材料的脚步。半个多世纪以来，从不锈钢到碳化钨，甚至是红宝石都曾被用于笔尖之上，但要么是因为寿命问题，要么是因为太过昂贵无法普及，这些尝试大多以失败告终。

    笔珠的新革命开始于日本，日本的科学家使用氧化锆制成的“先进陶瓷”制造出新型的陶瓷笔珠，这种笔珠的寿命与以往的不锈钢笔珠和碳化钨笔珠相比有了长足的进步，其书写长度可以达到不锈钢笔珠的3至4倍。成为笔珠家族中名副其实的“长寿冠军”。

    一颗小小笔珠的改良何以让科学家们如此伤脑筋？这还要从制造这种“神奇笔珠”的材料———“先进陶瓷”说起。

    2、成型工艺的一次跃升

    先进陶瓷虽然也以“陶瓷”为名，但实际上和传统陶瓷有着天壤之别。先进陶瓷继金属材料、高分子材料之后成为第三大材料，它一般选用人工合成的非金属非塑性原料，利用先进的热压铸、挤出等制备工艺获得性能优异的陶瓷零部件。

    这其中的每类原料都有各自的特点。在众多的先进陶瓷中，增韧二氧化锆(ZrO2)是先进陶瓷中韧性最好的材料，晶体结构细腻，具有光洁度高，耐磨、耐腐蚀等优点，增韧二氧化锆还分为镁稳定氧化锆(MgO-ZrO2)、钙稳定氧化锆(CaO-ZrO2)和钇稳定氧化锆(Y2O3-ZrO2)。在许多陶瓷材料中，适合笔珠加工的并不多，钇稳定氧化锆，这种具有良好的韧性、强度、耐磨性和加工精度等特点的优秀材料非常适合做笔珠。

    材料易寻，工艺难做。日本的先进陶瓷产业领先美国处于世界一流水平，其主要原因之一就得益于陶瓷成型和加工工艺的先进。在上世纪80年代，陶瓷注射成型工艺受到广泛重视，被用于制备复杂形状的陶瓷部件。但这种技术存在的脱脂难、易变形开裂的弱点让先进陶瓷的大规模生产变得难上加难。

    上世纪90年代初，邯郸勇龙公司的创始人杨金龙教授在清华大学黄勇教授的带领下成立了专项课题小组，全面深入地开展了先进陶瓷制备新工艺的研究，他们的目标就是：找到新的先进陶瓷成型工艺，破解成型困难的技术困局。他们尝试了多种成型方法，如凝胶注模成型、直接凝固注模成型、压滤成型、电泳沉积成型等，但结果都不尽如人意。多次失败之后，一个大胆的设想在他们的脑中萌生了：如果将以往的水基胶态与注射成型方法结合起来，是不是就可以兼得其善呢？

    这种想法在许多陶瓷科学家看来存在着许多难以逾越的技术壁垒，其技术关键之一是需要找到一个可控因素，让以水做溶剂的非塑性浆料快速原位可控固化。

    但黄勇和杨金龙教授终于在“时间、温度、压力”的工艺参数中找到了先进陶瓷成型的奥秘所在。他们打破了过去促进固化只控制温度的思维定势，实现了在常温、低压条件下加速流体固化的技术突破。

    这是世界上首次将外加压力引入胶态聚合成型的过程。哈佛大学HansWyss博士认为：这个发现将使陶瓷的胶态注射成型成为制备高性能陶瓷产品的快速、有效、经济的新方法。

    这种先进的成型方法不光能够制造出几乎近于完美的陶瓷笔珠和各种型号的陶瓷微珠，许多以往制造难度非常大的先进陶瓷制品在这种成型方法的帮助下，也有了大批量、低成本生产的可能。

    3、向“花生球”宣战

    2002年，在邯郸高新技术产业开发区的盛情邀请下，黄勇教授和杨金龙教授带着这项振奋人心的新技术来到邯郸。为了真正将实现先进陶瓷微珠批量化生产，成立了勇龙世纪高技术陶瓷有限公司。

    但就在陶瓷微珠生产线建成并投产后不久，一个意想不到的问题出现了。在生产出的陶瓷笔珠和陶瓷微珠产品中，出现了一些粘和在一起的连体珠，在这些一两毫米大小的微珠里，有一些两个或两个以上的珠子连在一起没有完全分离，这种珠子被大家戏称为“花生球”。

    虽然占的比例不大，但这却是一个非常棘手的大问题。因为即使一吨微珠里出现1%的连体球，那么整批小球都会被认定为不合格产品而报废。

    连体珠在终端产品使用时将有可能损坏用户的设备，因此必须保证陶瓷微珠即使在大批量生产的时候也不能存在连体珠。就在此时，勇龙公司每天的发货量已经达到十几吨的数量级，必须马上解决这个问题，才能保住刚刚培养起来的市场。

    其实，连体珠并不只是在勇龙公司的生产线上出现，世界其它同行在生产相关产品的时候都遇到了同样的问题，但却都没有什么好的办法。在当时勇龙公司不完善的技术设备条件下，要想一夜之间解决连体珠问题更是决不可能的，但和客户签好的供货单还是要准时完成，怎么办？情急之下，公司不得不发挥集体力量，让办公室员工、工厂工人等把小球背回家去手工挑拣，晚上下了班，公司的工人师傅还要每人拿30至50公斤的微珠带回家，一颗珠直径只有一两毫米，一公斤微珠的数量可想而知，手工挑拣的效率极低，不少工人对此发起了牢骚：“这怎么可能拣的出来啊！这叫什么高科技产品！”面对工人师傅的怨言，杨金龙教授更是心急如焚：长此以往，绝不是解决问题的办法啊。

    解决“花生球”问题的难度丝毫不亚于当年对成型新工艺的探索。在多次失败之后，黄勇和杨金龙教授决定尝试用更简洁的方法去重新思考这个难题：“当你换一个更直接的视角去看问题的时候，问题似乎也变得简单了起来。”最终，他们研制出了属于自己的自动化筛选设备，出乎所有人意料之外的是，这台设备的成本只花了2000元！设备的质量如何呢？“分拣成功率100%。”公司的工人师傅们乐了，他们再也不必在灯下眯着眼睛去找寻那些让人头疼的“花生球”了。

    世界500强企业、专门从事陶瓷微珠生产的法国圣戈班西普公司到勇龙公司考察并洽谈合作时，当得知勇龙公司的设备可以做到100%分拣率的时候非常惊讶，但更令他们惊讶的是勇龙的分拣设备，“一台简单到可以称之为简陋的设备竟然解决了这个‘世界级’的难题，真是太令人震惊了！”

    4、迈向制笔强国

    早在上世纪70年代中期，由上海圆珠笔厂牵头组织科技人员对笔珠材料进行攻关。在笔珠材料的选择上，由于陶瓷材料具有耐磨、耐腐蚀、不吸水等优势，被认为是笔珠最佳材料，但当时陶瓷制备和材料加工技术落后，产品达不到笔珠的要求。

    随着高技术陶瓷的发展，陶瓷材料的耐磨性、耐腐蚀性等优势已经被广大用户所认可，得到了广泛的运用，陶瓷材料的应用拓展到了制笔行业，尤其是陶瓷笔珠的出现，解决了多年来困扰圆珠笔发展的瓶颈问题，不但使圆珠笔的使用寿命大幅度提高，而且书写流畅、手感柔韧，备受制笔行业和广大消费者喜爱。用陶瓷笔珠制成的圆珠笔在国外一度被称作“玉珠笔”，成为高端笔类产品中的佼佼者。然而，这项技术一直垄断在日本和德国等几个少数国家的手中。

    近几年，由于我国制笔技术低，技术含量低，售价低，屡次遭到西方发达国家的反倾销，使我国制笔行业受到很大损失。提高笔珠制造技术迫在眉睫！而勇龙陶瓷笔珠的成功问世，无疑为我国从制笔大国向制笔强国迈进提供了强大的推动力。

    “这种笔珠在画线长度、耐干性、耐磨性、耐腐蚀性等技术指标方面均有大幅度提高。比如：一般笔珠画线长度为300-500米，而这种新型笔珠可达2000米；可它给每支笔增加的生产成本不到一分钱。”杨金龙告诉我们。

    生产陶瓷笔珠的胶态成型新工艺及系列产品，在2000年和2004年分别通过了教育部和河北省科技厅组织的12项成果鉴定，专家一致认为，这种产品工艺技术属于国际领先水平，成型设备属于国际独创。2000年该项目列入科技部全国五十项重点产业化项目及国家“十五”期间重大推广项目。2004年，又获得国家科技部发明二等奖，列入国家“十五”期间重大推广项目。同年，获得德国纽伦堡国际发明与新产品博览会金奖。

    在不远的将来，采用陶瓷笔珠生产的圆珠笔将更加普及，在让国人享受到舒适、流畅的书写快感的同时，这种高科技笔珠也会将中国人的智慧书写在世界各地。来源：河北日报 记者 郭伟 张丽辉

链接：  什么是先进陶瓷

    先进陶瓷或者现代高技术陶瓷，是指具有特殊的电子学、声光学或者磁性和热学性以及高的机械强度等力学性能的陶瓷材料。先进陶瓷材料主要有功能陶瓷和结构陶瓷两大类。结构陶瓷主要是以利用机械强度和形状为主要目的的陶瓷材料，功能陶瓷包括具有特殊的光、电、磁、声、热等物理学性能的陶瓷材料，例如电子陶瓷、隔热陶瓷、磁性陶瓷、微波陶瓷等。

    陶瓷材料具有从公元前2000年的远古起源历史，有可以在2000多度高温下使用的耐热特性。所以，陶瓷是追索古代文明的重要的考古资料。我国是世界上的陶瓷古国，传统陶瓷的辉煌历史得到世界公认。

    现代高技术陶瓷引起人们关注，起始于二次世界大战时美国战舰上安装声纳装置，这种装置使用了压电水晶的原理，用钛酸钡陶瓷做成超声波振动发射与接收的电子器件，使陶瓷成为神秘的高技术的象征。二战结束后，人们开始在陶瓷材料中发掘新型的电子元器件材料。

    上世纪60年代，超级大国进行空中竞争，开始将耐高温的陶瓷材料部件使用于高速飞行器件中的耐热瓦等关键部位。

    70年代后期，先进国家为了研制功率大而体积小的发动机，把目光转向了耐高温的陶瓷材料，试图将陶瓷部分替代发动机内部高温部件甚至研制全陶瓷的发动机，这个时期，陶瓷材料的强韧化和纤维复合化技术得到迅速发展。

    80年代末，美国科学家将陶瓷材料的电阻降低到接近于零，使陶瓷材料成为比金属导电性能还要好的超导材料，并获得诺贝尔奖，使人们对于陶瓷材料的电子学的可控制性产生极大兴趣。

    90年代以后，由于移动通讯器材的强劲需求，耐高温并且对于高频电磁波有很好响应的陶瓷材料，成为重要的移动通讯的电子元器件的主流材料，现在手机中的许多微型元件都属于陶瓷材料的元件。由于人们预测今后的光通讯的发展和太阳能的高效率利用技术的发展，具有特殊光学特性和光电特性的先进陶瓷材料，在今后一段时期将会快速发展。

2006年03月30日