珠寶知識(shí)240：珠寶考研考證篇（五十七）：寶石的硬度、韌性
對(duì)于硬度這個(gè)概念，我們通常會(huì)存在一定的誤解——將一個(gè)物體的硬度跟韌性?xún)蓚€(gè)概念相互混淆。生活中我們會(huì)認(rèn)為，硬度越高的物體，抗擊打的能力也相應(yīng)的會(huì)增大，比如說(shuō)用斧頭去劈柴；用鐵錘敲打燒紅的鐵棒等等，但是實(shí)際上并不是如此。同樣的，我們以一個(gè)生活中最常見(jiàn)的例子來(lái)進(jìn)行理解。
下圖中分別是刷碗布和碗，根據(jù)常識(shí)我們清楚，刷碗布的硬度一定要低于右圖中的碗，對(duì)于他們，我們用一個(gè)錘子敲擊圖中的兩個(gè)物體，我們得到的結(jié)果一定是這樣的——刷碗布毫發(fā)無(wú)損，但是碗一定被敲擊的粉碎；但是我們用碗的碎片是可以切割左圖中的刷碗布的。
最近也有人在抖音上大錘砸鉆石，其結(jié)局也是不言而喻，鉆石被錘的粉碎。所以說(shuō)，硬度大，并不代表抗擊打的能力就越強(qiáng)，那么什么標(biāo)準(zhǔn)才是衡量寶石硬度的呢？鐵錘可以砸碎鉆石，但是如果用鉆石去刻劃鐵錘，鐵錘上面應(yīng)該會(huì)留有相應(yīng)的痕跡。這才是鉆石的硬度大于鐵錘硬度的指標(biāo)。
通過(guò)這樣的兩個(gè)例子我們會(huì)知道，硬度較高的物體在抗擊打的能力上可能會(huì)弱于硬度較低的物體，但是硬度較高的物體可以用來(lái)切割硬度較低的物體。這就是硬度與韌性之間的關(guān)系，對(duì)于這兩個(gè)概念，我們一一進(jìn)行講解。
一、硬度：
剛剛的例子中我們談到了，碗的碎片是可以用來(lái)切割刷碗布的，刷碗布抵抗碗切割的能力是相對(duì)較弱的，這就硬度之間的差異造成的。所以硬度的定義如下：寶石抵抗外來(lái)壓入、刻劃或研磨等機(jī)械作用的能力稱(chēng)之為寶石的硬度。
根據(jù)硬度的定義，衡量寶石硬度的指標(biāo)是寶石抵抗外來(lái)的壓力、刻劃或研磨的能力，在寶石學(xué)或者礦物中，我們最常用刻劃來(lái)判斷寶石的硬度，如果A物體在刻劃B物體時(shí)，在B物體上面能夠留下刻劃的印記，那就說(shuō)明A物體的硬度大于B物體。我們?cè)谇心毷臅r(shí)候，粗磨盤(pán)、細(xì)磨盤(pán)上面都有鑲嵌有硬度最大的金剛石，從而達(dá)到能夠切磨寶石的目的。
寶石的硬度往往與晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、化學(xué)組成密切相關(guān)，通常情況下，具有共價(jià)鍵的原子晶格礦物具有較高的硬度，例如鉆石、剛玉等；金屬晶格的礦物硬度往往較低，例如黃金、銀、鉑等；不過(guò)這也僅僅是一般規(guī)律，金屬晶格中Cr的硬度高達(dá)到9，僅次于鉆石，與剛玉硬度相等。下圖為金屬鉻的圖片。
關(guān)于寶石的硬度，是需要通過(guò)硬度儀在標(biāo)準(zhǔn)的條件下測(cè)定的，我們稱(chēng)之為絕對(duì)硬度，但是這種測(cè)試硬度的方法所需要的儀器以及實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都是相對(duì)較為苛刻的，因此在寶石學(xué)或者礦物中應(yīng)用很少。下圖為測(cè)試物體絕對(duì)硬度儀器。
為了方便使用硬度的概念，德國(guó)的礦物學(xué)家Friedrich Mohs在1822年的時(shí)候，確定了10中標(biāo)準(zhǔn)礦物，并確定了他們的定性級(jí)別（注意是定性，而不是定量），硬度從1一直到10，這就是相對(duì)硬度，為了紀(jì)念這位礦物學(xué)家，我們也將相對(duì)硬度稱(chēng)之為莫氏硬度。
這十種標(biāo)準(zhǔn)礦物硬度從低到高分別是滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長(zhǎng)石、石英、黃玉、剛玉、金剛石。為了方便記憶，在這里分享一個(gè)小小的口訣：“滑石方螢磷長(zhǎng),石英黃玉剛金剛”。
根據(jù)這十種硬度已知標(biāo)準(zhǔn)礦物，制作出了相應(yīng)的硬度筆，對(duì)于未知的礦物，我們是根據(jù)相互之間的刻劃來(lái)確定的，假如某一個(gè)未知礦物能夠被石英（硬度為7）所刻劃，留下印記，但是不能夠被正長(zhǎng)石（硬度為6）所刻劃，該未知礦物的硬度可以定為6.5。
有些時(shí)候我們并不能擁有這樣一套完整的硬度筆，因此使用日常生活中較為常見(jiàn)的物體，也可以作為一種輔助的補(bǔ)充，這就要求我們需要記住他們相應(yīng)的硬度。比如說(shuō)：指甲：2.5、銅針：3、窗玻璃：5~5.5、刀片：5.5~6、鋼銼：6.5~7，其中最為常用的就是小刀和指甲，尤其是在野外地質(zhì)工作的時(shí)候，常用到這兩種工具來(lái)初步的判斷礦物的硬度。
關(guān)于寶石礦物的硬度，我們需要做如下幾點(diǎn)說(shuō)明：
第一、硬度作為寶石的性質(zhì)之一，并且對(duì)于某種寶石來(lái)講，硬度是不變的，因此可以用來(lái)鑒定寶石
在鑒定寶石的過(guò)程中，其實(shí)就是測(cè)試寶石性質(zhì)的過(guò)程，但是根據(jù)硬度的相關(guān)定義，硬度的測(cè)試實(shí)際上是屬于有損測(cè)試，因此硬度測(cè)試多用在寶石的原石或者應(yīng)用在寶石不顯眼的位置上，以免造成測(cè)試之后影響寶石的美觀度。那么在測(cè)試的時(shí)候，一定要遵循的是硬度從低到高的測(cè)試，這樣會(huì)保證只在寶石中留有一條印記，并且在測(cè)試過(guò)程中要保證留下的印記足夠小。
假如一顆寶石的硬度為6.5，從低到高依次使用硬度筆，只有硬度為7的石英能夠刻劃這類(lèi)寶石，只留有一條刻劃印記；但是如果從高到低來(lái)進(jìn)行測(cè)試，鉆石、剛玉、黃玉和石英均能夠在寶石中留下刻劃印記，為了測(cè)試出該寶石的硬度，就要留下至少四條印記，測(cè)試之后一定會(huì)嚴(yán)重影響寶石美觀度的，因此在測(cè)試的時(shí)候要由高到低來(lái)進(jìn)行測(cè)試。
另外，寶石的硬度的測(cè)試不一定要使用硬度筆，根據(jù)寶石的一些外觀特征也可以推測(cè)出寶石的大致硬度范圍。比如說(shuō)鉆石的硬度為10，因此鉆石的刻面棱就會(huì)相對(duì)鋒利一些，而其他方鉆的硬度相對(duì)較低，刻面棱就會(huì)相對(duì)圓滑一些。下圖為合成立方氧化鋯（硬度為8左右）的顯微照片，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)他的刻面棱會(huì)比較圓滑，遠(yuǎn)不如鉆石鋒利，但是寶石的表面較為光滑，沒(méi)有特別明顯的磨損，顯示他的硬度是大于石英（硬度為7）。
另外有些寶石的硬度相對(duì)較低，在長(zhǎng)時(shí)間佩戴之后有可能會(huì)造成磨損，如果我們發(fā)現(xiàn)某一顆寶石的硬度磨損較為嚴(yán)重，則可以判斷寶石的硬度較低，通常情況下要低于7（灰塵的主要成分為石英）。下圖中的寶石，在刻面棱處磨損較為嚴(yán)重，表明該寶石的硬度相對(duì)較低。
鑒于硬度可以作為寶石的鑒定特征之一，那么我需要大家牢記常見(jiàn)寶石的硬度數(shù)值，下表引自《系統(tǒng)寶石學(xué)》附錄8
第二，硬度是有方向性的，可以用來(lái)鑒定寶石、指導(dǎo)加工
晶體具有異向性，這種異向性可以體現(xiàn)在寶石的外觀、折射率、顏色等方面，硬度也是一個(gè)非常重要的一個(gè)方面。最典型的就是藍(lán)晶石，在平行于柱面延長(zhǎng)方向，硬度為4.5-5，但是在垂直于延長(zhǎng)方向上，硬度為6.5-7。
在比如說(shuō)翡翠，翡翠是由硬玉礦物組成的，不同方向上的硬度也存在一定的差異，所以在拋光的過(guò)程中，硬度較低的一面就會(huì)形成凹坑，硬度較高的部位，形成凸起，從而形成翡翠的橘皮效應(yīng)；另外，經(jīng)過(guò)酸蝕充膠的翡翠，裂隙中的樹(shù)脂硬度明顯也要低于翡翠，是的在拋光過(guò)程中以及后面的佩戴過(guò)程中，樹(shù)脂的磨損相對(duì)較高，使得酸蝕網(wǎng)紋越來(lái)越明顯。下圖分別為橘皮效應(yīng)和B貨翡翠的酸蝕網(wǎng)紋。
另外鉆石是自然界硬度最高的礦物，所以說(shuō)其他任何一種礦物都不能夠切磨鉆石，那么鉆石又是如何被切磨成首飾用寶石的呢？其實(shí)這也與鉆石的不同方向上的硬度有差異有關(guān)。硬度的大小排序如下：立方體平行對(duì)角線方向＞菱形十二面體平行長(zhǎng)對(duì)角線方向＞八面體平行晶面棱方向＞八面體面上垂直于面棱的方向＞立方體上平行晶棱方向＞菱形十二面體平行短對(duì)角線方向?？聪聢D的示意圖中，實(shí)線方向的硬度大于虛線方向的硬度。
所以，在現(xiàn)實(shí)生活中，也只有鉆石能夠切磨鉆石，在鉆石的切磨盤(pán)上面有無(wú)數(shù)個(gè)小鉆石毫無(wú)規(guī)律的排列著，在這些鉆石中，總會(huì)有硬度大于被切磨鉆石的硬度的小鉆石，從而實(shí)現(xiàn)鉆石被鉆石所切磨的現(xiàn)實(shí)。
第三，標(biāo)準(zhǔn)礦物之間的硬度之差并不是等間距的。
相對(duì)硬度其實(shí)就是個(gè)相對(duì)值，是沒(méi)有單位的，并且在測(cè)試的過(guò)程中也比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)于絕對(duì)硬度來(lái)講，所選擇的標(biāo)準(zhǔn)礦物之間的硬度并不是等間距的。從硬度對(duì)照表和硬度差異圖解中我們可以看到，鉆石的硬度遠(yuǎn)大于剛玉，甚至大于其余九種的硬度之和。
第四，寶石的硬度決定了寶石的保養(yǎng)
空氣中的灰塵主要為硬度為7的石英，因此對(duì)于硬度低于7的寶石，在保養(yǎng)的過(guò)程中尤其要注意，首先不能將寶石與硬度相對(duì)較大的寶石同時(shí)佩戴或者同時(shí)收納；第二，在平時(shí)的佩戴過(guò)程中，盡量不要用軟布或者直接用手在沒(méi)有清洗的前提下擦拭寶石。
說(shuō)完了寶石的硬度，我們來(lái)說(shuō)說(shuō)寶石的韌度吧。
前面的內(nèi)容我們一再?gòu)?qiáng)調(diào)，衡量寶石的硬度是以抵抗外來(lái)壓入、刻劃或者研磨等機(jī)械作用的能力，但一定不是抵抗擊打的能力，所以硬度高的物體，抵抗刻劃等機(jī)械作用的能力很好，但是在抵抗擊打的時(shí)候，其能力并不一定好，例如硬度最大的鉆石在受到打擊的時(shí)候同樣會(huì)發(fā)生破碎，但是硬度很低的刷碗布在受到打擊的時(shí)候卻毫發(fā)無(wú)損，這就涉及到了寶石的韌性，是用“韌度”這個(gè)物理量來(lái)進(jìn)行衡量的，那么韌度也就是物質(zhì)抵抗擊打以及撕拉破碎的的能力，該能力越強(qiáng)，韌度越高，韌性越好；韌性與脆性是相對(duì)的，如果物質(zhì)在受到外力擊打的時(shí)候容易發(fā)生碎裂，則寶石具有較高的脆性，有時(shí)，我們也將韌度稱(chēng)之為“打擊硬度”。
韌度與硬度很明顯是不具備正相關(guān)關(guān)系的，不過(guò)韌度與礦物的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)造密切相關(guān)，一般情況下，同種礦物組成的單晶體韌度明顯要低于集合體的韌度，例如，單晶體的鉆石具有較大的脆性，但是集合體的黑鉆石卻是所有寶石中韌度最大的；在比如說(shuō)單晶的石英具有較大的脆性，相應(yīng)的石英巖、瑪瑙、玉髓等韌度相對(duì)較高。
對(duì)于韌度，并沒(méi)有一個(gè)很好的衡量標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有像硬度一樣有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)礦物，也沒(méi)有相應(yīng)的嚴(yán)格的測(cè)試條件，不過(guò)常見(jiàn)的寶石的韌度從高到低的排序分別為黑金剛石、軟玉、翡翠、剛玉、金剛石、水晶、海藍(lán)寶石、橄欖石、綠柱石、黃玉、月光石、金綠寶石、螢石。從這個(gè)基本的排序上我們也可以看到，集合體的韌度是要高于單晶體的韌度的。
好了，關(guān)于寶石的硬度就分享到這里，希望對(duì)大家有所幫助。
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