കാഠിന്യം

ഉരയ്ക്കുകയോ ചുരണ്ടുകയോ ചെയ്യുന്നതുമൂലം ഒരു വസ്തുവിന് ഭാഗീകമായി ഉണ്ടായേക്കാവുന്ന പ്ലാസ്തിക വിരൂപണത്തെ (Plastic deformation) പ്രതിരോധിക്കാനുളള അതിന്റെ കഴിവാണ് കാഠിന്യം (Hardness, ഹാർഡ്നെസ്). ചില പദാർത്ഥങ്ങൾക്ക് (ഉദാ: ലോഹങ്ങൾ) മറ്റുളളവ(ഉദാ: തടി, പ്ലാസ്റ്റിക്) യെക്കാൾ കാ ഠിന്യം കൂടുതലായിരിക്കും. ശക്തമായ അന്തർതൻമാത്രാബന്ധനമാണ് കാഠിന്യത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന കാരണം. ഖരപദാർത്ഥങ്ങളിൻമേൽ ബലം പ്രയോഗിക്കുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന പ്രതികരണം സങ്കീർണമായതിനാൽ കാഠിന്യത്തെ വിവിധരീതികളിൽ അളക്കാറുണ്ട്: ചുരണ്ടൽ കാഠിന്യം (scratch hardness), കുതയ്ക്കൽ കാഠിന്യം (indentation hardness) പ്രതിഘാത കാഠിന്യം (rebound hardness).

തന്യത(ductility), ഇലാസ്തിക കടുപ്പം (elastic stiffness), പ്ലാസ്തികത, ആതാനം (strain), പ്രബലത, ടഫ്നെസ്, ശ്യാനഇലാസ്തികത(viscoelasticity), ശ്യാനത(viscosity) എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചായിരിക്കും ഒരു വസ്തുവിന്റെ കാഠിന്യം.

പിഞ്ഞാണങ്ങൾ(ceramics), കോൺക്രീറ്റ്, ഏതാനും ലോഹങ്ങൾ എന്നിവ കഠിന വസ്തുക്കൾക്കുദാഹരണമാണ്.

കാഠിന്യത്തിന്റെ അളവ്

കാഠിന്യത്തെ മൂന്നുവിധത്തിൽ അളക്കാറുണ്ട്:

• ചുരണ്ടൽ,
• കുതയ്ക്കൽ,
• പ്രതിഘാതം.

ഓരോ രീതിയിലും വ്യത്യസ്തമായ അളവുതോതുകളാണുളളത്. ഒരു തോതിനെ മറ്റൊന്നിലേയ്ക്ക് മാറ്റുന്നതിന് മാറ്റപ്പട്ടിക(conversion tables) ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ചുരണ്ടൽ കാഠിന്യം(Scratch hardness)

A Vickers hardness tester

ഒരു വസ്തുവിൻമേൽ കൂർത്ത ഒരു വസ്തു ഉപയോഗിച്ച് ചുരുണ്ടുമ്പോൾ ഉണ്ടാകാവുന്ന ഭംഗമോ(fracture) സ്ഥിരമായ പ്ലാസ്തിക അപരൂപണമോ ആ വസ്തുവിന് എത്രത്തോളം ചെറുക്കുവാനുളള കഴിവുണ്ട് എന്നതിന്റെ അളവാണ് ചുരണ്ടൽ കാഠിന്യം.^[1] കാഠിന്യം കൂടിയ വസ്തുവിന് കാഠിന്യം കുറഞ്ഞ വസ്തുവിൻമേൽ പോറൽ വരുത്താൻ സാധിക്കും എന്നതാണ് ഇതിന്റെ തത്വം. പെയിൻ്റ് പോലെയുള്ള ലേപന വസ്തുക്കളുടെ കാഠിന്യം എന്നാൽ, അതിന്റെ പാടയെ ഛേദിക്കാൻ ആവശ്യമായ ബലം ആണ്. ധാതുശാസ്ത്ര (mineralogy) ത്തിൽ ഉപോയോഗിച്ചുവരുന്ന മോഹ്സ് സ്കെയിൽ (Mohs scale) ആണ് സാധാരണയായി ഇതിനുപയോഗിക്കുന്ന പരീക്ഷണരീതി. ഇതിനായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ് സെലീറോമീറ്റർ (sclerometer).

പോക്കറ്റ് ഹാർഡ്നെസ് ടെസ്റ്റർ ആണ് ഇതിനുപയോഗിക്കുന്ന മറ്റൊരുപകരണം. ഇതിൽ തോതു രേഖപ്പെടുത്തിയ ദണ്ഡ് നാലുചക്രമുളള ഉന്തുവണ്ടിയിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഉരസുന്നതിനുളള കൂർത്ത വക്കോടുകൂടിയ ഒരു ഉപകരണം പരീക്ഷണ പ്രതലത്തിന് നിർദ്ദിഷ്ട ചരിവിൽ പിടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഏതാനും ഭാരക്കട്ടകൾ ഈ ദണ്ഡിലെ അങ്കനം ചെയ്ത ഭാഗത്ത് വച്ചശേഷം കൂർത്ത ഉപകരണത്തെ പരീക്ഷണപ്രതലത്തിലൂടെ വലിച്ചിഴയ്ക്കുന്നു. സങ്കീർണമായ യന്ത്രസംവിധാനങ്ങളില്ലാതെ തന്നെ, ഭാരക്കട്ടകളും ദണ്ഡിലെ അങ്കനങ്ങളും മാത്രം ഉപയോഗിച്ച് ഏത്രമാത്രം ബലമാണ് ഉപയോഗിച്ചതെന്ന് അറിയാൻ കഴിയും.^[2]

കുതയ്ക്കൽ കാഠിന്യം (Indentation hardness)

കൂർത്ത വസ്തുകൊണ്ട് സമ്മർദ്ദം ചെലുത്തുമ്പോഴുണ്ടാകുന്ന കുതയ്ക്കലിനെ ചെറുക്കുവാനുളള വസ്തുക്കളുടെ കഴിവാണിത്. അങ്കനം ചെയ്ത ഭാരം കയറ്റിയ ഒരു മുന കൊണ്ട് വസ്തുവിൻമേൽ കുതച്ച ശേഷം ആ കുതയുടെ അളവുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് വസ്തുക്കളുടെ കാഠിന്യം നിർണയിക്കുന്നത്.

സാധാരണയായി പ്രചാരത്തിലുള്ള കുതയ്ക്കൽ കാഠിന്യ തോതുകളാണ് റോക്ക് വെൽ, വിക്കേഴ്സ്, ഷോർ, ബ്രിണൽ തുടങ്ങിയവ(Rockwell, Vickers, Shore, and Brinell).

പ്രതിഘാത കാഠിന്യം (Rebound hardness)

വജ്രമുനയുളള ഒരു ചുറ്റിക നിശ്ചിത ഉയരത്തിൽ നിന്നും പദാർത്ഥപ്രതലത്തിൽ പതിപ്പിക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന പ്രതിഘാത(കുതിപ്പ്- bounce) ത്തിന്റെ ഉയരം ഉപയോഗിച്ചാണ് പ്രതിഘാത കാഠിന്യം അഥവാ ഗതികകാഠിന്യം നിർണയിക്കുന്നത്. ഈ കാഠിന്യം ഇലാസ്തികതയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഇതിനുപയോഗിക്കുന്ന ഉപകരണമാണ് സെലീറോസ്കോപ്പ്.^[3]

പ്രതിഘാത കാഠിന്യം അളക്കുന്നതിനുളള രണ്ട് തോതുകളാണ് ലീബ് പ്രതിഘാത കാഠിന്യ പരീക്ഷണവും(Leeb rebound hardness test) ബെന്നറ്റ് കാഠിന്യ തോതും(Bennett hardness scale).

ഒരു ദോലന ദണ്ഡിന്റെ (Oscillating rod) ആവൃത്തി ഉപയോഗിച്ച് കാഠിന്യം നിർണയിക്കുന്ന രീതിയാണ് അതിശബ്ദ സമ്പർക്ക ഇമ്പിഡൻസ് രീതി (Ultrasonic Contact Impedance -UCI). ഒരു ലോഹഷാഫ്ടിൽ കമ്പനവസ്തുവും പിരമിഡ് രൂപത്തിലുളള വജ്രവും ഉൾപ്പെട്ടതാണ് ദോലന ദണ്ഡ്.^[4]