硬度の定義

材料科学では、硬度は、機械的な押し込みまたは摩耗によって引き起こされる局部的な塑性変形に対する耐性の尺度です。一般に、素材が異なれば硬度も異なります。たとえば、チタンやベリリウムなどの硬質金属は、ナトリウムや金属スズなどの軟質金属、または木材や一般的なプラスチックよりも硬くなります。硬度には、引っかき硬度、押し込み硬度、反発硬度など、さまざまな測定値があります。

ハードマターの一般的な例は、セラミック、コンクリート、特定の金属、および超硬材料であり、ソフトマターとは対照的です。

主な硬さ測定の種類

硬度測定には、スクラッチ、インデント、リバウンドの 3 つの主なタイプがあります。これらの各クラスの測定には、個別の測定スケールがあります。

(1)スクラッチ硬度

引っ掻き硬度は、鋭利な物体からの摩擦による破損または永久的な塑性変形に対するサンプルの耐性の尺度です。原則として、硬い素材で作られた物体は、より柔らかい素材で作られた物体を傷つけます。コーティングをテストする場合、スクラッチ硬度は、フィルムを基材まで切断するのに必要な力を指します。最も一般的なテストは、鉱物学で使用されるモース スケールです。この測定を行うツールの 1 つがスクレロメーターです。

これらのテストを行うために使用される別のツールは、ポケット硬度計です。このツールは、4 輪キャリッジに取り付けられた、目盛り付きの目盛りが付いたスケール アームで構成されています。鋭利なリムを備えたスクラッチツールを、試験面に対して所定の角度で取り付けます。それを使用するには、既知の質量の重りをスケール アームの目盛付きの目盛に加え、ツー​​ルを試験面上に引きます。おもりとマーキングを使用すると、複雑な機械を必要とせずに、既知の圧力を加えることができます。

(2)押し込み硬さ

押し込み硬度は、鋭利な物体からの一定の圧縮荷重による材料の変形に対するサンプルの耐性を測定します。押し込み硬度の試験は、主に工学および冶金学で使用されます。この試験は、特別に寸法設定され、荷重が加えられた圧子によって残された圧痕の重要な寸法を測定するという基本的な前提で機能します。

一般的な押し込み硬度スケールは、ロックウェル、ビッカース、ショア、ブリネルなどです。

(3)反発硬さ

動的硬度としても知られる反発硬度は、一定の高さから材料に落としたダイヤモンド チップ ハンマーの「跳ね返り」の高さを測定します。このタイプの硬さは弾力性に関連しています。この測定に使用される装置は、ステレオスコープとして知られています。

反発硬度を測定する 2 つのスケールは、リーブ反発硬度試験とベネット硬度スケールです。

超音波接触インピーダンス (UCI) 法は、振動ロッドの周波数を測定することによって硬度を決定します。ロッドは、振動要素を備えた金属シャフトと、一方の端に取り付けられたピラミッド型のダイヤモンドで構成されています。

厳選された硬質および超硬材料のビッカース硬さ

ダイヤモンドは、ビッカース硬度が 70 ～ 150 GPa の範囲で、これまでで最も硬いことが知られている材料です。ダイヤモンドは高い熱伝導率と電気絶縁性を併せ持ち、実用化に向けて多くの注目が集まっています。

合成ダイヤモンドは 1950 年代から工業目的で製造されており、電気通信、レーザー光学、ヘルスケア、切断、研削、穴あけなど、さまざまな用途で使用されています。合成ダイヤモンドは、PDC カッターの主要な原材料でもあります。

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