Härte - GeoLexikon

1) Hydrologie: Wasserhärte. 2) Mineralogie: Widerstand, den ein Kristall einer mechanischen Einwirkung entgegensetzt. Am bekanntesten ist die Ritzhärte nach Mohs (Mohssche Härteskala), bei der festgestellt wird, welchen Widerstand ein Kristall dem Anritzen entgegensetzt. Bei der Ritzhärte wird geprüft, von welchem der Standardmineralien sich der zu untersuchende Kristall gerade noch ritzen lässt. Mit dem Fingernagel lassen sich Materialien bis zur Härte zwei, mit einem Messer bis zur Härte fünf ritzen. Alle Kristalle ab Härte sechs können Fensterglas ritzen. Wegen der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften kann sich die Härte in verschiedenen Richtungen eines Kristalls deutlich unterscheiden. Die Richtungsabhängigkeit der Härte ist eine für viele Minerale recht charakteristische Eigenschaft, z.B. beim Disthen (Abb.). Unterschiedliche Härtewerte in verschiedenen Richtungen zeigen auch die kubischen Kristalle. Diese Tatsache ist besonders wichtig beim Diamant, der als härtestes Mineral in seinem eigenen Pulver geschliffen wird und dessen Schleifbarkeit letztlich auf die Härteanisotropie zurückzuführen ist (Schleifresistenz). Trägt man die Härte für verschiedene Richtungen eines Kristalls auf, dann erhält man die sog. Härtekurve. Eine verbesserte Methode ist die Bestimmung der Ritzhärte mit einem Sklerometer. Dabei wird der zu untersuchende Kristall unter einem Diamantstift hindurchgezogen. Die Belastung, die erforderlich ist, um dabei eine gerade noch erkennbare mikroskopische Ritzspur zu erzeugen, liefert das Mass für die Ritzhärte. Durch solche sklerometrische Messungen kann man Härteanisotropien exakt bestimmen.

Vergleicht man die Werte der Ritzhärten in der Mohsschen Härteskala mit Werten aus quantitativen Methoden, dann zeigt es sich, dass die Differenzen zwischen den Härtegraden sehr unterschiedlich gross sind. Eine dieser quantitativen Methoden ist die Bestimmung der sog. Schleifhärte, die den Widerstand eines Kristalls gegen Abschleifen angibt. Bei der Bohrhärte wird die Anzahl der Umdrehungen einer Diamantschneide angegeben, die nötig ist, um aus einer Kristallfläche ein Loch bestimmter Tiefe auszubohren.

Bei der praktischen Anwendung spielen verschiedene Eindruckhärten eine grosse Rolle. Hierbei bringt man einen Eindruckkörper mit einer standardisierten Prüflast auf eine Oberfläche stossfrei auf und lässt ihn eine festgelegte Zeit einwirken. Aus der Grösse der bleibenden Eindruckfläche wird dann auf die Härte zurückgeschlossen. Der Eindruckkörper bei der Brinell-Härte besteht aus einer Kugel mit 1, 2,5, 5 oder 10 mm Durchmesser, die je nach der Härte des zu untersuchenden Materials aus gehärtetem Stahl, Hartmetall (Wolfram-Carbid) oder Diamant bestehen kann. Bei der Vickershärte besteht der Eindruckkörper aus einer Diamantpyramide mit einem Spitzenwinkel von 136°. Hier können im Mikrobereich Härtemessungen mit einer Treffsicherheit von ± 0,3 μm durchgeführt werden. Dieses Pyramidendruckverfahren liefert besonders für kubische Minerale sehr genaue quantitative Werte und spielt daher in der Metallographie für Materialprüfungen eine grosse Rolle. Im Gegensatz zu den beiden genannten Verfahren wird bei der Rockwell-C-Härte nicht die Eindruckfläche, sondern die bleibende Eindrucktiefe eines Diamantkegels mit 120° Spitzenwinkel und 0,2 mm Abrundungsradius bestimmt.

Schliesslich lässt sich die Pendelhärte an Kristallen und an Stoffen mit ebenen Flächen mit einem Pendelsklerometer bestimmen. Als Mass für die Härte dient dabei die Geschwindigkeit eines mit einer Schneide versehenen Pendels, das in Schwingungen versetzt wird und durch Reibung auf der zu untersuchenden Kristallfläche zur Ruhe kommt. Die Dämpfung des Pendels ist dabei um so geringer, je härter der Kristall ist.

Vergleicht man die nach den verschiedenen Methoden gefundenen Härtewerte zahlenmässig und trägt man sie im logarithmischen Massstab bis zum Korund auf, dann zeigen die Mittelwerte aller Messdaten nahezu den Verlauf einer geometrischen Reihe, in der Quarz den Wert 100 einnimmt. Dagegen sind die Messwerte für die einzelnen Methoden untereinander schlecht vergleichbar. Die Härte von Diamant liegt bei allen Messverfahren sehr viel höher. In bezug auf den Gitterbau der Minerale ergeben sich eine Reihe gesetzmässiger Beziehungen zwischen Härte und Kristallstruktur. Untersucht man Kristalle verschiedener Verbindungen vom gleichen Gittertyp, dann zeigt es sich, dass die Härte um so grösser ist, je kleiner die Abstände der Bausteine sind. Hinsichtlich der Wertigkeit der Ionen wird die Härte mit zunehmender Ladung grösser.

Von grossem Einfluss auf die Härteeigenschaften ist ausserdem die Art der Bindung in den Kristallgittern. Minerale mit van-der-Waalsscher Bindung wie H₂O und Schwefel zeigen niedrige, solche mit homöopolarer Bindung, wie z.B. der Diamant, dagegen z.T. eine extrem hohe Härte.

Hauptursache der grossen Härte vieler Edelsteine ist ihre grosse Packungsdichte. So weist z.B. der Rubin eine annähernd hexagonal dichteste Sauerstoffpackung auf. Dagegen ist die Packungsdichte von Smaragd zwar relativ locker, da aber das Be²⁺ einen sehr kleinen Ionenradius hat, ist die Härte mit 7,5-8 trotzdem recht gross. Gesteinshärte.

Härte: Härteanisotropie beim Disthen. Unterschied der Ritzhärte in Vertikalrichtung und Querrichtung.