“硬核科普”圆珠笔笔尖与高科技芯片的底层科学是一样的大科技

最近一段时间，因为美国恶意限制中国芯片，引发了国人对于芯片产业的关注。芯片背后的科学技术不是我们随意讨论一番就能够改变的，芯片行业作为全球最顶尖科技的集大成者，他代表了底层基础科学的积累与集成，是集合了全球科技的产物。

代表全球科技集大成者的芯片技术

任何一项科技产品产生的背后，都是基础科学探索的结果。撇开芯片不谈，就说一下我们常用到的书写工具圆珠笔，它身上代表工程工艺与基础材料科学成就的部分——笔尖。

我国作为商品出口大国，全国圆珠笔企业有3000多家，从业人员有20多万，每年生产圆珠笔有400亿支，约占据全球圆珠笔份额的百分之八十。但是圆珠笔上最具有科技含量的部件——笔尖圆珠，在2016年之前全部是由国外进口，这一点和我国的芯片很相似，虽然现在我国芯片中低端已经快速发展，但在开始的一段时期芯片也是全部进口。

我国是圆珠笔生产大国

圆珠笔制作有两个难点：一个是笔尖碗口（需要包住半个圆珠）的制作工艺；二是制作圆珠的材料——极易切削钢。

笔尖碗口的制作工艺

圆珠笔的笔尖碗口需要恰到好的包住半个圆珠，制作的工程工艺要求极高，加工的精度要在千分之一毫米。这一点对应着芯片制作时光刻机完成的部分，当然笔尖的工艺没有光刻机的精度高，圆珠笔的千分之一毫米与光刻机的纳米级别相差1000倍。

虽然制作工艺比不上芯片，但这儿也有两个难点：

一、圆珠笔碗口与包住的圆珠中间有一个垫片，碗口与圆珠衔接要保证圆珠书写用力时能够滚动并且，不掉落不漏油，笔尖漏油在制作时会使制作设备受到污染，使得制作难以进行下去，即使制作了也不利于书写。

二、圆珠嵌合到笔尖碗口后，要保证笔尖在不同的角度连续书写800米，并且要求笔尖吐墨不紧不松圆润自如。

芯片光刻机加工的芯片加工后，芯片只需要通电，而圆珠笔的笔尖圆珠却要能够滚动书写不漏油漏墨。

圆珠笔的笔尖剖面图

圆珠笔圆珠材料极易切削钢（笔尖钢）

极易切削钢类似于芯片的制作材料单晶硅，现在高性能芯片单晶硅的纯度已经达到99.9999999999%，为什么追求这样的纯度，为了满足制作更高性能芯片工程工艺的要求，而极易切削钢的出现也是要满足圆珠笔笔尖的制作工艺。极易切削钢需要在超高速超高精度的设备上，完全自动化的完成24道工序才能出炉，并且有两个看似矛盾的要求。

高纯度单晶硅

一、极易切削钢要能被机械设备轻易切削，达到削铁如泥的程度。

二、极易切削钢不能像烂泥一样软烂，要有恰到好处的强度。

要做到这样的软硬适中，就要求反复试验钢材的配方。在实验室里要对钢材进行不同材料不同配比的掺杂试验。

实验室测试配方

2016年我国太钢集团生产的极易切削钢出厂，打破了国外在该技术领域的垄断。国外的产品价格随即也从每吨12.5万元下降至9万左右。

圆珠笔用的极易切削钢实际上每年的用量很小，之前日本几周的产量就可以满足全球一年的用量。该行业每年的产值也就刚过亿元规模，为什么我们还要进行该领域的科学科技探索呢？

我国探索生产制作极易切削钢的意义

科学是没有国界的，但是产品工程工艺科技产生的专利却有国界。就像我国现在的芯片产业一样，当核心的科技在外国人手里时，他们随时可以以各种理由限制你在相关领域的发展，华为5G遭受的难题不就是这样吗！

华为5G技术

极易切削钢毕竟也是一种极为尖端的材料，在未来谁也不知道在该领域发展出什么样的特殊成果，有了基础我们就可以与国外同行同步发展。现在我国与日本在该领域处于同等高度，并且目前都在研发更好更新的笔尖圆珠材料。

结语：芯片虽然代表了全球制作工程工艺的最前沿，但它也是由一个个基础的科学探索突破而来的。没有一步步的积累哪里来的我国商品全品类的发展。小小的笔尖钢其实背后与大芯片产业殊途同归，都是为了自我的更好发展而不受制于人。