显微硬度。也被广泛应用于陶瓷。
努普硬度所用压头很长，是一般维氏法中同样载荷下压痕的2.5倍，所 以压痕更易于测量。
努普金刚石压头主轴方向的压痕是副轴方向的7倍，硬度计算和维氏相
似，但用的是压痕的投影面积而不是实际表面积。
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但有一些晶体材料，三相点的饱和蒸汽压高于常压，因此在常压下 没有熔点，只有从固态直接到气态的升华与分解温度。 共价键氮化物或碳化物陶瓷，自扩散系数很小，高温时易于分解蒸 发。如氮化硅陶瓷，温度在1800℃以上时，分解蒸发已经比较剧烈； 石墨在常压下约3050 ℃时汽化，只有在100个大气压下才能使石墨
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1.3 陶瓷的熔融及蒸发
陶瓷的熔点：许多氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷都具有高的熔点。
固体材料的熔点取决于内部质点间结合力的大小，即晶体中化学
键的类型和它的强弱程度。
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1）陶瓷材料的密度主要取决于元素的尺寸、元素的质量和结构堆积的紧
密程度。 原子序数和相对原子质量小的元素（如H、Be、C、Si等）使材料具有低的 结晶学密度或理论密度； 原子序数和相对原子质量大的元素（如W、Zr、Th钍、U等）使材料具有高 的结晶学密度或理论密度。 2）原子堆积情况也产生一定影响，但影响较小。 金属键合陶瓷中的原子形成紧密堆积，会使其密度比共价键键合陶瓷（较 开放的结构）的密度更高一些，例如锆英石(ZrSiO3)和氧化锆(ZrO2)，若单 从相对原子质量看会以为锆英石的密度 更高一些，然而，锆英石结构由于 Si-O共价键合，形成开放式内部结构，因而ZrSiO3密度（4.65 g/cm3 ）比 ZrO2（5.8 g/cm3 ）低很多。
弹性形变
塑性形变
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在微观领域，宏观上的弹性形变对应 于微观的粒子偏离平衡位置的偏离量， 宏观的应力则对应于由于偏离平衡位
应 力
置而引起的原子间引力的变化量。如
果外力太大，分子间的距离被拉开得 太多，分子就会滑进另一个稳定的位
出体积，在称量试样在空气中干重，进而求出体积密度。
5）对于陶瓷素坯（烧结前）的体积密度测定，则不能采用“水煮法”（因
易吸附水，进而与水反应，造成性能的改变）。 规则形状：测体积和干重计算 复杂形状：表面涂石蜡，排水法 排汞法：原理和排水法相同，液态汞在常压下不润湿陶瓷 NPU NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
2、努氏硬度试验的压痕压入深度只有长对角线长度的1 /30，维氏硬度试
验的压痕压入深度为对角线长度的1/7，所以努氏硬度试验适用于表层硬度和 薄件的硬度测试。
3、同一试样在同一负荷下，努氏硬度压痕对角线长度约为维氏硬度压痕
对角线长度的3倍，大大优于维氏测量法。
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金 属 密 度 相 对 较 高 密 较度 小相 对 在陶瓷、金属、有机高分子这三类材料中，有机材料的密度最低， 这是因为有机材料主要有C和H及其他相对原子质量小的元素如Cl和F构成
的。材料的密度由什么决定呢？
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密度的影响因素
差，同一试样上至少测定不同位置的3-5
个点，求其平均值。试样在常温下进行 的保压时间为10-20s。
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（3）洛氏硬度HRC 洛氏硬度测试一般采用120°的圆锥形金刚石压头，测量压痕深度值的
大小来表示材料的硬度值。
洛氏硬度的测试是在先后两次施加载荷（初始载荷P0及总载荷P)的作用 下，将标准型压头（金刚石圆锥）压入试样表面，总载荷P为P0及主载荷P1之
d0
置，即使外力除去后，也不能再回到
复原位，就会保留永久的变形TERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
前两种密度是指陶瓷内没有缺陷的理想情况，意味着制造过程形成 的气孔为零，所以在结构内的原子之间只有间隙。在含有制造过程中形 成的缺陷和气孔的情况下，通常使用体积密度或相对密度。 NPU NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY
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融化成液态。
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二、陶瓷力学性能及表征
弹性变形与弹性模量
陶瓷强度及表征
陶瓷的断裂韧性及表征
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2.1 弹性变形与弹性模量
与金属和有机材料不同，陶瓷材料具有弹性模量高、抗压强度和高温强度
高、高温蠕变小等优异的力学性能；同时，其断裂韧性低，表现出脆性断裂。
1. 弹性变形
材料在外力的作用下都会发生相应的形变。形变的大小和类型取决于材 料的化学键、应力和温度。对于每种材料，在一定的应力极限范围内应变 是可逆的，即在应力取消时，应变便消失，这就叫弹性形变。如果外力较 大，当它的作用停止时，所引起的形变并不完全消失，而有剩余形变，外 力去除后不能恢复的那部分变形称为塑性形变。
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几种硬度测试方法
（1）莫氏硬度 定义：陶瓷及矿物材料所用的划痕硬度叫莫氏硬度。
是一系列矿物互相对比而成的一个序列。
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（2）维氏硬度 维氏硬度符号为Hv,维氏硬度测量的压头是一相对两面夹角为136°的金
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陶瓷硬度的影响因素
1） 陶瓷、晶体、矿物材料的硬度主要取决于结合键类型、晶体结构和化学 组成。 离子半径越小、离子电价越高、配位数越大、结合能越大，抵抗外力摩 擦、刻划及压入的能力也就越强，硬度就越大； 2） 陶瓷材料的微观结构、裂纹、杂质等都对硬度有影响； 3） 温度对陶瓷硬度的影响。 温度升高，硬度降低。因为所有材料的屈服应力都会随着温度升高（至 某一显著温度）而降低，所以随着压头深入变得越来越容易，而材料的其他 性能（如强度或杨氏模量）都没有迅速降低时，硬度值便开始下降了。 NPU
1.2 陶瓷硬度及表征
硬度：材料抵抗硬的物体压陷表面或破坏的能力。
常见硬度表 示法
莫氏硬度
布氏硬度 HB
洛氏硬度 HV
维氏硬度
努普硬度 HK
显微镜度
用于陶瓷和 矿物的硬度 测试，为划 痕测试
主要用于测 定金属材料 中较软及中 等硬度的材 料
用于硬质金 属和陶瓷材 料
用于较硬材 料，如陶瓷
用于较脆而 薄材料，如 玻璃
刚石正四棱锥型压头，在一定载荷P的作用下压入试样表面，在规定保压时
间后卸除载荷。 在试样测试面上压出一个正方形的压痕，在读数显微镜下测量该正方
形压痕两对角线d1和d2的长度，算出平均值d=(d1+d2)/2,并算出压痕凹面的
面积F，即可计算出维氏硬度P/F,单位MPa.
P P Hv 1.8544 2 F d
1. 1）结晶学密度：是指原子组成的没有缺陷的连续晶格计算出来的理想密
度。 2）理论密度：与结晶学密度同义，但考虑了固溶体和多相。 3）体积密度：陶瓷体实际测出的密度，包括陶瓷内部所有的晶格缺陷， 各种相组成和制造中形成的气孔。 4）相对密度：指陶瓷实测体积密度与其理论密度比值的相对百分数。
和，即P=P0+P1.
在加总负荷P并卸除主负荷P1后，在初始负荷P0继续作用下，由主负荷 P1所引起的残余压入深度e来计算洛氏硬度，树脂e以规定单位0.002mm表示。
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（4）努普硬度HK 这种方法最初是为了避免维氏硬度测试中产生的裂纹，用来测量玻璃的
② 将试样放在沸水中煮沸2-5h，然后冷却至室温，静放24h; ③ 将陶瓷试样悬挂在水中称其质量S；
④ 将试样在水中取出，并用干净棉纸或纱布轻轻将试样表面的水擦去，在
空气中称其质量W； 体积密度： ρ
D W S
显气孔率： P W D 100 %
W S
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维氏硬度实测中需要注意三点： a) 测试中载荷P大小应根据试样大小、厚薄 及材料性质决定。对于陶瓷从9.807294.21N中选择； b) 被测试样的上下表面必须平行，测试表
面不能有油污或脏点，需抛光成镜面，
且试样的厚度至少大于压痕对角线的2倍； c) 为了避免材料局部不均匀性引起大的误
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一、陶瓷基本物理性能
陶瓷的密度及测试
陶瓷的硬度及表征
陶瓷的熔点与蒸发
二、陶瓷力学性能及表征
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1.陶瓷基本物理性能
1.1 陶瓷的密度及测试
密度是指单位体积的质量，常用g/cm3表示。陶瓷材料密度有如下几种 表示：