淺談陶瓷材料硬度表示方法(陶瓷硬度測量)
硬度是衡量材料力學性能的一項重要指標，它是指物體抵抗外力進入其中的能力，即由于其他物體給與的外力與物體的形變尺寸之間的關系。
陶瓷材料作為無機非金屬材料的一個重要門類，取得了很大的發展。結構陶瓷以其高機械強度、高硬度、耐腐蝕性等優點被廣泛用于冶金、礦廠及航天等領域。硬度是結構陶瓷一項重要技術參數。它與材料的強度、耐磨性、韌性及材料成分、微觀組織結構等有著密切關系。
陶瓷材料的硬度是其內部結構牢固性的表現，主要取決于其內部化學鍵的類型和強度。簡單來說，共價鍵型硬度 高，然后依次是離子鍵、金屬鍵、分子鍵。原子價態和原子間距是決定化學鍵強度因而也是決定材料硬度大小的重要因素。
陶瓷材料的化學鍵主要有離子鍵和共價鍵。由于陶瓷材料彈性模量大，其鍵的方向性強而密度小，同時位錯少，故可塑性小。它的顯微結構不同于金屬材料，很少由單一相組成，組成的晶相結構復雜。因此其硬度測定方法也不同于其它材料。
由于陶瓷材料結構復雜，且性質硬而脆，塑性形變小。故常用硬度表示方法有維氏硬度、努普硬度和洛氏硬度。它們都是通過壓入陶瓷表面而測得陶瓷的硬度。測定方法及優缺點對比如下表1。
表1 幾種常用的陶瓷硬度測定方法
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名稱 |
維氏硬度（HV） |
努普硬度(HK) |
洛氏硬度(HRA) |
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壓頭 |
金剛石正四棱錐體，夾角136° |
金剛石四棱錐體，兩長棱夾角172°，短棱夾角130°，底面為棱形。 |
金剛石圓錐體，圓錐角120°，頂端球面半徑為0.2mm |
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荷重 |
10-100g |
10-200g |
基準荷重10Kg，總荷重70 Kg |
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荷重時間 |
30s |
30s |
基準荷重9s，總荷重10s |
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所測數據 |
壓痕對角線長度，算出壓痕表面積 |
壓痕對角線長度，算出投影面積 |
壓痕深度之差h |
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計算公式 |
HV=1.854P/d2HV-維氏硬度（Kg/mm2）P-荷重（Kg）d-對角線長(mm) |
HK=14.23P/L2HK-努普硬度（Kg/mm2）P-荷重（Kg）d-對角線長(mm) |
HRA=100-hghg-h除以0.002mm的當量 |
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特點 |
①荷重小，可測定細小的試樣壓痕小
②測量誤差大
③對試樣無損壞 |
① 同上
②壓痕長，易測量，誤差小③ 同上 |
①荷重較大，只能對相對大的試樣進行測定。②誤差小。測量效率高。③對試樣破壞性大。 |
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測量精度 |
較低 |
較高 |
較高 |
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試樣要求 |
為使壓痕清晰，易于測定，試樣表面須先研磨拋光 |
同上 |
試樣表面不需研磨拋光。但試樣兩面要相互平行，表面粗糙度要足夠小。 |
對于較硬的材料（如95瓷、SiC等），用得較多的是洛氏硬度，并且它的精度高，誤差小。但是它的標尺多，共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九種。硬度之間的換算較難，也沒有統一的標準