陶瓷粉末是松散的独立颗粒，因此无法对其进行硬度测试。为了获得有意义的数据，必须使用精密钢模和液压机将这些粉末压缩，形成具有固定尺寸和高密度的粘结性圆盘状颗粒。
硬度数据的可靠性与其样品的密度一样。在 300–400 MPa 下压缩粉末可以排出空气，并形成压头测量固有强度而非颗粒间空隙所必需的连续固体表面。
创建可测试的表面
将颗粒转化为固体
硬度测试仪使用压头将力施加到材料的特定点上。
如果施加到松散的粉末上，颗粒会简单地移动或移位。高压成型将这种松散的粉末转化为连续的固体表面，从而提供压头测量所需的阻力。
排出颗粒间空气
在原始状态下，陶瓷粉末中会截留大量颗粒间的空气。
压缩过程旨在完全排出这些空气。通过消除这些间隙，该过程实现了紧密堆积，确保样品代表材料本身，而不是材料和气穴的混合物。
压缩的物理学
高压的必要性
仅靠轻微的手动压力无法达到所需的密度。
需要实验室液压机施加300–400 MPa 的压力。这种极大的力对于克服颗粒间的摩擦并迫使它们形成紧密堆积的排列至关重要。
时间和几何形状的作用
压缩过程并非瞬时完成；通常需要保持压力长达一小时。
此持续时间有助于稳定样品结构。使用精密钢模可确保最终产物是具有固定几何尺寸的圆盘状样品，可标准化以用于测试设备。
了解不当制备的风险
“空隙”变量
如果样品未被压缩到高密度，硬度测试将无法测量陶瓷的实际性能。
设备将测量粉末空隙的塌陷，而不是测量陶瓷本身。这会导致随机、不可靠的值，无法反映材料的固有强度或抗裂性。
样品完整性
未使用精密钢模和液压压力，样品将缺乏结构完整性。
松散堆积的样品在测试压头的载荷下可能会碎裂。这会阻止收集有关材料机械极限的任何可用数据。
确保硬度测试中的数据完整性
为确保您的硬度测试产生有效的科学数据，您必须将样品密度放在首位。
- 如果您的主要重点是工艺一致性：确保您使用精密钢模来保持所有样品批次的固定几何尺寸。
- 如果您的主要重点是数据准确性：验证您的液压机是否在整整一小时内施加了 300–400 MPa 的压力，以消除会影响硬度读数的空气空隙。
正确的样品制备将可变的粉末转化为可靠、可测试的固体，从而揭示材料的真实强度。
摘要表：
| 制备因素 | 要求 | 硬度测试中的目的 |
|---|---|---|
| 设备 | 钢模和液压机 | 创建固定的几何尺寸并施加均匀的力。 |
| 压力水平 | 300–400 MPa | 排出颗粒间空气并克服内部摩擦。 |
| 保持时间 | 长达 1 小时 | 稳定内部结构以形成连续的固体表面。 |
| 样品状态 | 粘结性圆盘 | 防止颗粒移动和压头塌入空隙。 |
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参考文献
- Daryn B. Borgekov, Dmitriy I. Shlimas. Synthesis and Characterization of the Properties of (1−x)Si3N4-xAl2O3 Ceramics with Variation of the Components. DOI: 10.3390/ma16051961
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
