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一文了解第三代氧化锆瓷珠圆珠笔
2018月05月30日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:266
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我国是制笔大国,国际上每5支笔中有4支来自中国,已形成近800亿元/年的市场,一般情况下,圆珠笔用球珠主要是不锈钢和炭化钨材料,但这类球珠在书写过程中经常出现断线、掉珠、死珠、蘸头等现象,目前由邯郸市流畅圆制笔材料有限公司与清华大学新型陶瓷与工艺国家重点实验室共同研制的“圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠”克服了以上缺陷,填补了国内空白,该科技成果已被列为国家制笔行业“十一五”国家重点推广新产品。

▲今天我们来研究上图红色圈圈的小球球

 

一、圆珠笔发展状况


1944年由美国派克公司发明的油性圆珠笔,使得书写工具变得更加简单化、适用化、使用成本更低。但是由于圆珠笔的球珠采用了不锈钢材料,经常出现打滑、断线、掉珠等问题,球珠材料的耐腐蚀、耐磨性能达不到书写要求,我们称之为“第一代圆珠笔”。


随着市场的需求变化,圆珠笔也有了较大的发展,在上世纪80年代初,开发出了水性圆珠笔、中性圆珠笔,采用碳化钨硬质合金材料代替了不锈钢材料,大大提高了圆珠笔的书写质量,但是在耐书写、书写手感等方面不是令人满意。这是“第二代圆珠笔”。


采用氧化锆陶瓷材料的球珠于20078月顺利地通过了由河北省科技厅和制笔协会共同组织的新产品鉴定,鉴定认为:氧化锆陶瓷球珠的耐腐蚀、耐磨性能优于碳化钨球珠,是圆珠笔球珠的最佳材料,大幅度提高了圆珠笔的质量;氧化锆球珠带墨量均匀,书写长度是碳化钨球珠的23倍,书写手感舒适,减轻了书写疲劳。至此,第三代圆珠笔终于焕发出异彩。


二、陶瓷笔珠的成型工艺


陶瓷球体的成型工艺有等静压、挤出、滚动和胶态注射等成型方法, 胶态注射成球新工艺, 是利用界面张力原理, 采用水溶性单体的快速固化反应,通过成球介质、浆料特性工作参数的调整,完成微珠成型、整形和保形的关键过程。

 

产品具有如下优势: 产品硬度高,维氏硬度>1600;表面粗糙度Ra<0.5μm< span="">圆度误差<0.5μm< span="">;致密度均匀;吸水性为0

 

三、陶瓷球珠的研磨工艺


采用胶态注射成型工艺生产的陶瓷笔珠坯体,通过分级、分选设备,把陶瓷珠按照笔珠所需规格分成不同规格的坯体,使用专用球磨设备及抛光设备进行研磨抛光,使陶瓷珠达到笔珠要求;其中,直径精度为0.03μm,圆度误差小于0.05μm表面粗糙度Ra 0.012μm以下。选择合适的陶瓷坯体,选用一定硬度的球磨铸铁作为磨盘,在机油中加入不同粒径磨削液进行研磨和抛光,通过控制研磨机的转速和压力,解决了由于陶瓷脆而难以加工的瓶颈问题,成品率达98 %,实现了批量化生产。

 

四、陶瓷球珠在圆珠笔上的使用优势特点


氧化锆陶瓷笔珠硬度高、耐腐蚀、 耐磨损、书写流畅、手感柔韧。与传统材质笔珠相比,其特点主要表现在以下几个方面:


1、表面光洁度高,书写手感好

氧化锆陶瓷具有细小均匀的纳米级微晶结构,球珠表面光洁度可以达到0.012μm,与球座磨损小,书写手感好,不打滑、不冒油、出墨均匀、划线清晰。

 

2、普适性

氧化锆陶瓷笔珠能够与不锈钢、镍白铜、铅黄铜等不同材质的球座相配合。 与油性、水性、中性等墨水浸润性良好,因此氧化锆陶瓷笔珠可以适用于目前各类圆珠笔。

 

3、耐腐蚀、耐磨损、表面状态保持长久

氧化锆陶瓷硬度高、抗机械磨损性能优良。而且室温下绝缘性好,不存在球 珠与球座之间因长时间摩擦所产生的电位差异,避免了电化学腐蚀,因此表面状态保持长久,书写稳定,划线长度达到传统材质笔珠的3-5倍。

 

4、磨削加工诱发表面增韧

适当控制球珠表面磨削工艺,可以诱发陶瓷表面相压应力增韧,形成最佳表 面应力层,增加材料的抗弯强度和断裂韧性等力学性能,提高笔珠耐磨性。

 

5、选材先进,性价比优势大

氧化锆陶瓷性能优良,产业化应用发展迅速,高精度陶瓷球珠的成型、加工 技术已经得到突破,目前所开发高精度球珠已经广泛用于陶瓷轴承等工业耐磨 件。陶瓷烧结温度一般为1500℃左右,相对于碳化钨材料烧结成本低,且密度仅为其1/3左右,因此单粒笔珠具有成本优势,市场前景广阔。


作者:谷雨


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