陶瓷材料硬度表示方法的探讨

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1、陶瓷材料硬度表示方法的探讨摘要本文详细论述了陶瓷材料硬度的不同测试方法以及各种方法的优缺点，并对影响耐磨陶瓷材料硬度的因素进行了分析。以95氧化铝瓷为例，对其洛氏硬度进行了对比试验，发现A、C不同标尺Z间的换算在一个特定范围存在相应误差。关键词耐磨性，陶瓷，硬度，测试方法1刖S陶瓷材料作为无机非金属材料的一个重要门类，已经取得了很大的发展。结构陶瓷以其高机械强度、高硬度、优良的耐磨性和耐腐蚀性等优点被广泛应用于冶金及航天等领域［1］。而作为陶瓷材料基本性能之一的力学性能，又是表征其使用性能的有效参数。硬度是衡量材料力学性能的一项重要指标，是结构陶瓷一种重要的力学性能，与材料的强度、耐磨

2、性、韧性等有着密切的关系。陶瓷材料的硬度是其内部结构牢固性的表现，主要取决于其内部化学键的类型和强度。其中形成原子晶体的共价键型硬度最高，然后依次是离子键、金属键。原子价态和原子间距决定了化学键的强度，因而也是决定材料硬度大小的重要因素。2陶瓷材料常用的硬度表示方法2.1划痕法陶瓷及矿物材料常用的一种硬度表示方法就是莫氏硬度，它是由划痕来表示硬度由小到大的顺序，即后面的矿物可划破前面的矿物表面，但没有具体数值。莫氏硬度共分为十五级。表1所示为莫氏硬度的顺序。2.2压入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，所以可塑性小。陶瓷材料显微结构不

3、同于金属材料，很少由单一相组成，组成的晶相结构也较复杂。耍想得到陶瓷材料硬度的具体数值，常用的表示方法有维氏硬度、努普硬度和洛氏硬度。它们都是通过将压头压入陶瓷表面而测得硬度值，测定方法及优缺点对比如表2o3洛氏硬度HRA与HRC之间的换算关系对于较硬的材料（如95瓷、SiC陶瓷等），用得较多的是洛氏硬度表示法，它的精度高，误差小。但它的标尺多，共有A、B、C、D、E、F、G、H、K九种。硬度Z间的换算较难，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。表3列举了洛氏硬度各种标尺相应的压头类型和总试验力。陶瓷材料一般以HR

4、A为主（适用范围值：20〜88）,较硬可用HRC为标尺（适用范围值：20〜70）,洛氏硬度根据压痕深度来计算硬度值。I1R二（K-h）/0.002式中：K——常数h——除掉初试应力（lOkgf）的深度当压头为金刚石时，K=0.20mm；当压头为钢球时，K二0.26mm由公式可以看出，h越大，HR值越小。对于同种材料，A标尺（588.4N）由于施加力小，因此相对C标尺（1471N）来说，h小，HR值大。根据GB1172-74,由黑色金属洛氏硬度值换算表可知，HRA在80左右范围内时,HRC与Z相差范围在16〜18,并且随着HR值增大，差值逐渐减小。作者曾以95氧化铝瓷为例做实验，仪器是一

5、台1IR-150A型洛氏硬度计，发现其HRA与HRCZ间换算数据虽不完全满足金属硬度GB1172-74屮的对照关系，但趋势都保持一致。据相关文献报道，氧化铝瓷的磨损主要为断裂磨损机制，而金属材料主要为塑性磨损机制［2］,而力学性能的提高是耐磨性能提高的最主要原因［3〜4］。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二HO+K?d-O.5式中：H0——单晶压入硬度d品粒直径K——材料系数由上式也可看岀，平均粒径小的材料，对应英硬度越大。4结论表示陶瓷材料硬度的方法有许多种，不同的方法适用于不同的陶瓷类别，并且只有同种硬度方法之间的测试才有可比性。若需要简单快捷时

6、，可用莫氏硬度法进行比较，要求精确时可用洛氏硬度或维氏硬度进行测试。陶瓷材料的硬度取决于其晶相组成和结构，晶粒大小是最灵敏的因素,品粒粒度越小，离子电价越高，结合能越大，抵抗外力摩擦刻划和压入的能力就越强，硬度就越大。参考文献1陈楷•陶瓷材料物理性能[M].北京：中国建筑工业出版社，1980:42-432张福成，罗海辉，Roberts.Steve-G等•断裂方式对氧化铝基复合陶瓷耐磨性的影响[J]•无机材料学报，2007,22(3)：493-4983Taktakd,BaspinarMS.Master.Design,2005,26:459〜4644ChenHJ,RainforthWH,L

7、eeWE.ScriptaMaster,2000,42:555~