表2 洛(luo)氏硬度標尺

硬度是(shi)衡(heng)量(liang)材料(liao)力學性能的(de)(de)(de)一項重(zhong)要(yao)指標，它是(shi)指物體(ti)抵抗(kang)外(wai)力進入其中的(de)(de)(de)能力，即由于其他物體(ti)給與(yu)的(de)(de)(de)外(wai)力與(yu)物體(ti)的(de)(de)(de)形變(bian)尺寸(cun)之間的(de)(de)(de)關系(xi)。
   陶(tao)瓷(ci)材(cai)料作為無機(ji)非(fei)金屬材(cai)料的一個重要門類，取得了很(hen)大的發展。結(jie)構(gou)陶(tao)瓷(ci)以其高機(ji)械強度(du)、高硬度(du)、耐(nai)腐蝕性等優點(dian)被廣泛用于(yu)冶金、礦廠及航天(tian)等領域。硬度(du)是結(jie)構(gou)陶(tao)瓷(ci)一項(xiang)重要技(ji)術參數。它與(yu)材(cai)料的強度(du)、耐(nai)磨性、韌性及材(cai)料成分、微觀組織(zhi)結(jie)構(gou)等有著密切關系。
陶瓷材(cai)(cai)料的(de)(de)硬度(du)是(shi)其(qi)內(nei)部結構牢固性的(de)(de)表現，主要取(qu)決(jue)于其(qi)內(nei)部化學鍵的(de)(de)類型和強度(du)。簡單(dan)來說，共價鍵型硬度(du)*高，然后依(yi)次是(shi)離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍵、金屬鍵、分子(zi)(zi)(zi)(zi)鍵。原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)價態(tai)和原(yuan)子(zi)(zi)(zi)(zi)間距是(shi)決(jue)定(ding)(ding)化學鍵強度(du)因而(er)也(ye)是(shi)決(jue)定(ding)(ding)材(cai)(cai)料硬度(du)大小的(de)(de)重要因素。
   陶瓷材(cai)料(liao)的(de)化學(xue)鍵(jian)(jian)主要有離子鍵(jian)(jian)和共價鍵(jian)(jian)。由于陶瓷材(cai)料(liao)彈性(xing)模量(liang)大，其(qi)鍵(jian)(jian)的(de)方向(xiang)性(xing)強而密度小，同時(shi)位錯少(shao)，故可塑性(xing)小。它的(de)顯微(wei)結構不同于金(jin)屬材(cai)料(liao)，很(hen)少(shao)由單一相(xiang)組成，組成的(de)晶相(xiang)結構復(fu)雜。因(yin)此其(qi)硬(ying)度測定方法也不同于其(qi)它材(cai)料(liao)。
   由于陶瓷材料結構(gou)復雜，且性質硬(ying)(ying)而脆(cui)，塑性形變小。故常用硬(ying)(ying)度(du)(du)表示方(fang)法有維(wei)氏硬(ying)(ying)度(du)(du)、努普硬(ying)(ying)度(du)(du)和洛(luo)氏硬(ying)(ying)度(du)(du)。它們都(dou)是(shi)通過壓入陶瓷表面而測得(de)陶瓷的硬(ying)(ying)度(du)(du)。測定(ding)方(fang)法及優(you)缺點對比如下(xia)表1。
   表1幾種常(chang)用(yong)的陶瓷硬度測定方法
名稱維氏硬度（HV）努(nu)普硬度(HK) 洛氏硬度(HRA)
壓頭金剛石(shi)正四棱(leng)錐體(ti)(ti)，夾角(jiao)136° 金(jin)剛石四(si)棱(leng)錐體(ti)，兩長棱(leng)夾角(jiao)172°，短棱夾角130°，底面為(wei)棱形。金(jin)剛石圓(yuan)錐(zhui)(zhui)體，圓(yuan)錐(zhui)(zhui)角120°，頂端(duan)球面半徑為0.2mm
荷重10-100g 10-200g基準荷重10Kg，總(zong)荷重70Kg
荷重(zhong)時間30s 30s 基準荷重9s，總荷(he)重10s
所測(ce)數據壓(ya)痕對角線(xian)長度，算(suan)出(chu)壓(ya)痕表(biao)面積壓痕對角線長度，算出(chu)投影面積壓痕深度之差h
計算公(gong)式HV=1.854P/d2HV-維氏硬度（Kg/mm2）P-荷(he)重(zhong)（Kg）d-對角線(xian)長(mm)HK=14.23P/L2HK-努普(pu)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
特點(dian)①荷重小(xiao)(xiao)，可(ke)測定細小(xiao)(xiao)的(de)試(shi)樣壓痕小(xiao)(xiao)
②測量誤差大(da)
③對試(shi)樣無損壞①同上
②壓(ya)痕長，易測(ce)量，誤差小③同上(shang)①荷重較(jiao)大，只能對(dui)相對(dui)大的試樣進行測(ce)定。②誤差小。測量(liang)效率高。③對試樣破壞(huai)性大。
測(ce)量精度較低較高(gao)較高
試(shi)樣(yang)要求為(wei)使壓痕清晰，易于測定，試樣表面須先研磨(mo)拋光(guang)同上試(shi)樣表面(mian)不(bu)需(xu)研磨拋光。但試(shi)樣兩(liang)面(mian)要相互平行，表面(mian)粗糙度要足夠小。

   對(dui)于較硬的材料（如95瓷(ci)、SiC等(deng)），用得(de)較多的是洛氏硬(ying)度，并且它的精度高(gao)，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(zhi)間的(de)換算(suan)較難，也沒有統一的(de)標準，下(xia)面就探討一下(xia)洛氏硬度。
   GB/T230-91是金屬(shu)洛氏硬度的試(shi)驗方法(fa)的標(biao)準，也適用于陶(tao)瓷材料(liao)。各(ge)種標(biao)尺相應的壓(ya)頭(tou)類型(xing)和總試(shi)驗力，見下表2。
   表2 洛(luo)氏硬度標尺(chi)
壓頭類(lei)型總試驗力F(N)
1471 980.7 588.4
金剛石圓錐(zhui)C D A
鋼(gang)球（mm）d=1.5875 G B F
d=3.175 K E H

陶瓷材(cai)料一般(ban)以(yi)HRA為主(zhu)（適用范圍20-88），較硬可(ke)用HRC為標尺（適用范圍20-70）,洛氏硬(ying)度是根據壓痕深度計(ji)算硬(ying)度值。
     HR =(K—?h)/0.002 ①
    K—常(chang)數(shu)h—除掉初試(shi)應力（10kgf）的深度
    當壓頭為(wei)金剛石時，K=0.20mm
     當壓頭為鋼球時，K=0.26mm
    由公式我們可以看出，當(dang)h越大，HR越小，對于(yu)A標尺(chi)，由于加(jia)力小，故相對C標尺(chi)其硬(ying)度要大些，根據(ju)GB1172-74，黑色金屬(shu)洛氏(shi)硬(ying)度值換算表可知，HRA在80左右(you)范圍(wei)內，HRC與之相差范圍在16-18，趨勢是HR值越大(da)，差(cha)值越小，但無規律。作者(zhe)以95瓷為例(li)，儀(yi)器為一臺(tai)HR-150A型洛(luo)氏硬度計，做了一些試驗，發現(xian)其(qi)HRA與HRC之間換(huan)算數據并不滿(man)足(zu)GB1172-74中的(de)對照關系。但也沒發現規律。但可以(yi)肯定不同的(de)95瓷配方、不(bu)同的(de)(de)生產工(gong)藝(yi)得到的(de)(de)洛氏(shi)硬度都是不(bu)同的(de)(de)。
   陶(tao)(tao)瓷材(cai)料的組成、顯微(wei)結(jie)構(gou)和硬(ying)度都(dou)有(you)一(yi)定(ding)關系。不(bu)(bu)同(tong)(tong)組成陶(tao)(tao)瓷材(cai)料其(qi)(qi)硬(ying)度值顯然是不(bu)(bu)一(yi)樣的，同(tong)(tong)一(yi)組成的陶(tao)(tao)瓷材(cai)料，由(you)于生產工(gong)藝(yi)的不(bu)(bu)同(tong)(tong)，其(qi)(qi)內部顯微(wei)結(jie)構(gou)也(ye)是不(bu)(bu)同(tong)(tong)的。故(gu)其(qi)(qi)硬(ying)度也(ye)不(bu)(bu)同(tong)(tong)。同(tong)(tong)一(yi)組成相，顯微(wei)結(jie)構(gou)是硬(ying)度的決(jue)定(ding)因(yin)素，晶(jing)粒大小是*靈敏的結(jie)構(gou)因(yin)素。
     H = H0 +K﹒d-0.5 ②
     H0—單晶壓(ya)入硬度d—晶(jing)粒直(zhi)徑K—材料系數
    ②式也(ye)說明了平均粒徑小的材料，硬度高。
   研(yan)究陶瓷新材料時，我們可以(yi)借(jie)助硬度(du)測試和顯微結(jie)構(gou)分(fen)析(xi)這些簡便的方法(fa)，來初步陶瓷的性能，找出其性能與顯微結(jie)構(gou)的關系，同時還(huan)可對其生產工藝提出科學的依據。