경도(성질)

硬度, Hardness, 굳기.

쉽게 말해 딱딱한 정도인데, 엄밀히는 정의가 안된 성질. 고체에 힘이 가해졌을 때 영구적인 변형에 저항하는 정도라 뭉뚱그려 정의된다. 쉽게 얘기하면 긁혀서 자국이 남는 것에 저항하는 정도. (높을수록 긁혔을 때 흠집이 잘 나지 않는다). 내마모성과도 연관이 되지만, 다른성질이다.

글자는 비슷하지만, 강도(strength)와는 다르다.[1] 강도의 경우 물체에 걸린 단위면적당 하중에 대해 영구변형 혹은 파괴되지 않는 힘의 한계를 의미하고 그 단위 자체가 압력의 단위와 동일하게 명확하게 정의되는 데 비해 경도는 얼마나 딱딱한 가를 나타내는 의미이지만 명확한 단위 기준 같은 게 존재하지 않고 그 때문에 경도의 측정 방법은 아래에서와 같이 제각각인 경우가 많다. 다만 강도 중 압축강도와 경도는 대체로 상당히 밀접하게 연관되어 있다.

쉬운 설명으로, 강도가 높다면 단단하면서 힘을 가해도 부러지지 않고 휘어지나, 경도만 높다면 단단하긴 하지만 일정 힘을 가하면 그대로 부러져 버린다. 첫 번째 예로, 콘크리트는 단단하나, 힘을 가하면 그대로 부서지지만, 철근은 단단하기도 하고 힘을 가해도 휘어지지 끊어지기는 힘들다. 그래서 탄생한게 철근 콘크리트이다. 두 번째 예로, 유리의 경도는 높지만 강도는 낮다.[2] 세 번째로 아크릴을 예로 들 수 있다. 아크릴은 강화유리 못지 않게 충격에 강하나(강도가 높음), 반대로 가만히 놔둬도 흠집이 생긴다고 할 정도로 긁히는것에 약하다.(경도가 낮음). 이처럼 경도와 강도는 다른 의미이나, 정확한 기준이 없어 굉장히 애매하지만 둘은 밀접한 관련이 있는 것은 사실이다.

자연 물질 중에서 최상급의 경도를 가지는 것은 다이아몬드. 일찍이 모스 경도계에서 최상급인 10으로 자리매김하고 있다. 다만 강도는 최상급이 아니다. 강도의 정의에는 여러가지가 있으나, 대표적인 강도 기준의 하나인 항복강도(yield strength)[3]와 인장강도(tensile strength)[4]는 고강도 강과 비슷한 수준이다 (다이아몬드: 1600 MPa와 2800 MPa, 마르에이징 강: 2617 MPa와 2693 MPa) 재료별 항복강도 / 인장강도 참고.[5] 다만 인장강도가 강도의 일부일 뿐이며, 콘크리트처럼 인장강도는 꽝이지만 압축강도는 대단히 높은 물질도 있다는 점은 고려해야 한다. 그 밖에 경도와는 직접 연관은 없지만 파괴에 버티는 정도[6]인 인성(toughness)이 낮아서 비교적 잘 깨진다. 다이아몬드가 비교적 잘 깨지는 이유는 분자구조상의 결함 등으로 인한 인장/전단강도의 저하와 지나친 강성으로 인해 충격인성이 떨어지기 때문에 그런 것이다.[7]

경도가 높은 것은 초경재료라고 한다.

힘을 가했을 때 물질의 반응은 제각각이기 때문에, 경도 측정에는 여러 방식이 있다. 주로 쓰이는 방식은 다음의 3가지 방식이다.