【转帖】陶瓷材料硬度表示方法

陶瓷材料的化学键主要有离子键和共价键。由于陶瓷材料弹性模量大，其键的方向性强而密度小，同时位错少，故可塑性小。它的显微结构不同于金属材料，很少由单一相组成，组成的晶相结构复杂。因此其硬度测定方法也不同于其它材料。
由于陶瓷材料结构复杂，且性质硬而脆，塑性形变小。故常用硬度表示方法有维氏硬度、努普硬度和洛氏硬度。它们都是通过压入陶瓷表面而测得陶瓷的硬度。测定方法及优缺点对比如下表1。
表1几种常用的陶瓷硬度测定方法

对于较硬的材料（如95瓷、SiC等），用得较多的是洛氏硬度，并且它的精度高，误差小。但是它的标尺多，共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九种。硬度之间的换算较难，也没有统一的标准，下面就探讨一下洛氏硬度。
GB/T230-91是金属洛氏硬度的试验方法的标准，也适用于陶瓷材料。各种标尺相应的压头类型和总试验力，见下表2。
表2 洛氏硬度标尺

陶瓷材料一般以HRA为主（适用范围20-88），较硬可用HRC为标尺（适用范围20-70）,洛氏硬度是根据压痕深度计算硬度值。
HR = (K—¬h)/0.002 ①
K—常数 h—除掉初试应力（10kgf）的深度
当压头为金刚石时，K=0.20mm
当压头为钢球时，K=0.26mm
由公式我们可以看出，当h越大，HR越小，对于A标尺，由于加力小，故相对C标尺其硬度要大些，根据GB1172-74，黑色金属洛氏硬度值换算表可知，HRA在80左右范围内，HRC与之相差范围在16-18，趋势是HR值越大，差值越小，但无规律。作者以95瓷为例，仪器为一台HR-150A型洛氏硬度计，做了一些试验，发现其HRA与HRC之间换算数据并不满足GB1172-74中的对照关系。但也没发现规律。但可以肯定不同的95瓷配方、不同的生产工艺得到的洛氏硬度都是不同的。
陶瓷材料的组成、显微结构和硬度都有一定关系。不同组成陶瓷材料其硬度值显然是不一样的，同一组成的陶瓷材料，由于生产工艺的不同，其内部显微结构也是不同的。故其硬度也不同。同一组成相，显微结构是硬度的决定因素，晶粒大小是最灵敏的结构因素。
H = H0 K﹒d-0.5 ②
H0—单晶压入硬度 d—晶粒直径 K—材料系数
②式也说明了平均粒径小的材料，硬度高。
研究陶瓷新材料时，我们可以借助硬度测试和显微结构分析这些简便的方法，来初步陶瓷的性能，找出其性能与显微结构的关系，同时还可对其生产工艺提出科学的依据。