古代陶瓷材料的物理性能淺析

易伊麗

摘要：用物理的方法和原理對古陶瓷作一些研究、探討和扼要的綜述！

關(guān)鍵詞：古代；陶瓷材料；物理性能

引言

陶瓷的物理性能主要包括顯氣孔率、吸水率、體積密度、色度、白度、硬度、光澤度等。在古陶瓷的科學(xué)技術(shù)分析中，顯氣孔率、吸水率、體積密度、色度及白度等指標(biāo)是重點研究內(nèi)容，這是因為顯氣孔率和吸水率是陶瓷致密程度的體現(xiàn)，也是區(qū)分陶瓷和瓷器的重要標(biāo)志，色度和白度分別是研究顏色釉瓷和白瓷的重要表征指標(biāo)。

1.1顯氣孔率、吸水率及體積密度

顯氣孔率、吸水率及體積密度等是古陶瓷科技研究中的常規(guī)測試內(nèi)容，也是在古陶瓷科技研究中應(yīng)用得比較早的分析內(nèi)容之一。一般要求瓷器瓷胎的吸水率要小于1%。因此顯氣孔率、吸水率及體積密度是在陶瓷研究中重要的物理性能。

陶瓷材料難免含有各種大小不同、形狀各異的氣孔。這些氣孔中的一部分浸漬時能被液體填充。將材料樣品排除液體的體積，便可計算出材料的密度。當(dāng)材料的閉氣孔全部破壞時，所測密度即為材料的真密度。

為此，堆密度、吸水率和顯氣孔率的測定所使用浸液的要求是：密度要小于被測物體，對物體或材料的潤濕性好，不與樣品發(fā)生反應(yīng)，不使樣品溶解或溶脹。最常用的浸液有水、乙醇和火果油等。下面簡要介紹一下古陶瓷顯氣孔率、吸水率及體積密度的測定。

古陶瓷坯體顯氣孔率、體積密度和吸水率的測定主要有煮沸法和抽真空法。

為減少誤差，一般測試需樣品三件。從三件樣品中取大小基本相同的測片6塊，每塊測片的質(zhì)量為5-20g，其質(zhì)量差不超過2g。

制好的樣品在105-110℃的溫度下烘2h，放入干燥器中冷卻至室溫，稱其質(zhì)量（m），精確至0.001g，然后再烘30min，稱量，兩次稱量質(zhì)量之差，不超過0.020g，否則，重新干燥。

分別采用煮沸法或者抽真空法測量樣品的保水質(zhì)量。

1、煮沸法

樣品放入用有線框隔開的容器內(nèi)，再注入蒸餾水，使樣品完全置于蒸餾水中，煮沸3h，煮沸過程中，液面應(yīng)保持超過樣品（20±5）mm。冷卻至室溫，用飽含蒸餾水的棉巾輕輕拭去樣品表面多余的水，立即稱量（m1），精確至0.001g。

2、抽真空法

樣品放入用線框隔開的容器內(nèi)，置于真空裝置中，在不低于0.095mPa的真空度下抽真空10min，注入蒸餾水，直至液面超過樣品（20±5）mm為止。在真空度下抽真空10min，注入蒸餾水，直至液面超過樣品（20±5）mm為止。在真空度不低于0.095mPa下保持30min，打開真空裝置，取出樣品，用飽含蒸餾水的棉巾輕輕拭去樣品表面多余的液體，立即稱量（m1），精確至0.001g。

將線框懸掛于天平一端，沉沒在盛水的容器中，校準(zhǔn)天平零位；然后將飽含水的樣品放入線框內(nèi)，并不與容器的任何部位相接觸，液面應(yīng)保持超過樣品約（60±5），稱量（mz）精確至0.001g。

顯氣孔率按式（A3）進行計算，體積密度按式（B4）進行計算。

對于陶瓷的吸水率，分為磨釉樣品兩種情況，磨釉樣品按式（Dg）進行計算。

式中：Pa為顯氣孔率；Pb為體積密度，g/m3jW為樣品飽吸浸液后的質(zhì)量，gjm2為樣品沉沒在浸液中的質(zhì)量，gjdm為浸液的真密度，g/m3jk為換算分?jǐn)?shù)，根據(jù)不同資料，日用白瓷為4.0，日用育瓷為2.5，日用火石器為2.0，日用精陶為1.2。

1.2色度

1.顏色的基本概念

顏色都可以用明度、色調(diào)（色相）和飽和度（色純度）這三個屬性來描述。

明度是表示物體表面明亮程度的一種屬性，在非彩色中最明亮的顏色是白色，最暗的顏色是黑色，其間分布著不同的灰色。也就是說，白色明度最高，黑色明度最低，而灰色的明度介于白色和黑色之間。飽和度的高低可以從光譜色和白光的混合來理解。任意一個顏色都可以看成是白光與光譜色混合后得到的。白光的成分越多，則飽和度越低；白光的成分越少，則飽和度越多。

2. CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)

CIE是國際照明委員會的縮寫。CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)是以視覺心理為基礎(chǔ)的，能較為精確確定顏色的。目前被國際上普遍采用的一種顏色標(biāo)定方法。它是基于CIE-XYZ1931年標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值而建立的一種色度學(xué)系統(tǒng)。光譜三刺激值是對380-780nm范圍內(nèi)的可見光波長進行等能光譜匹配的需要的紅綠藍三原色的數(shù)量，CLE在1931年通過了317位標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者進行顏色匹配實驗，測定和統(tǒng)計出光譜三刺激值的平均數(shù)據(jù)x（λ）、y（λ）、z（λ），將它們稱為標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值。

由光譜三刺激值平均數(shù)值x（λ）、y（λ）、z（λ）按下列公式轉(zhuǎn)換成光譜刺激色度坐標(biāo)x、y、z。

x=x（λ）/（x（λ）+y（λ）+z（λ）

y=y（λ）/（x（λ）+y（λ）+z（λ）

x+y+z=1

由x、y確定在平面直角坐標(biāo)系中的色度點，再將各色度點連接起來，即為CIE1931標(biāo)注色度學(xué)系統(tǒng)的色度圖，如圖所示。

3.基于CIE標(biāo)準(zhǔn)色學(xué)系統(tǒng)的陶瓷釉色的顏色測量與評價

基于CIE的規(guī)定，一個物體的顏色可用其三刺激值來表示。三刺激值的計算基本公式是：

式中Xo、Yo、Zo為顏色樣品的三刺激值，x（λ）、y（λ）、z（λ）為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值，K為因數(shù)。

由于Yo表示光源的綠原色對人眼的刺激值，同時又表示光源的亮度，為了便于比較，常將Yo調(diào)整為100，因此調(diào)整因數(shù)可以通過下式求得：

式中，S（λ）為待測顏色樣品的顏色刺激值函數(shù)。對于陶瓷顏色樣品，它屬于反射體，則

S（λ）=E（λ）R（λ）（Fg）

式中，E（λ）為照明光源相對光譜功率分布，R（λ）為陶瓷光譜反射率。

因此，只需測量出陶瓷樣品的光譜反射率R（λ），代入式（E），式中（Fg）中可得出該陶瓷樣品的三刺激值Xo、Yo、Zo值，再代入式（Eg）中求出它的色度坐標(biāo)，據(jù)此在CIE色度圖上可以標(biāo)出對應(yīng)陶瓷樣品顏色的色度點。

x=Xo/（Xo+Yo+Zo）

y=Yo/（Xo+Yo+Zo）（Gg）

1.3 白度

1.白度的基本理論

與其他顏色一樣，白色也是三維空間的量，大多數(shù)色覺正常的觀察者可以將一定范圍內(nèi)的光反射比、色飽和度和主波長不同的白色，按其白度的高低排成一維的白度序列，從而進行定量和評價。從色知覺角度講，白度的評價和測量與高等色度學(xué)有關(guān)。實踐證明，白度標(biāo)可以與已確立的色度參數(shù)和色知覺參數(shù)聯(lián)系起來。

2.白度的定量評價

一般來說，當(dāng)物體表面對可見光譜所有波長的反射比在80%以上，可認(rèn)為該物質(zhì)的表面為白色。另外，也有專家用三刺激值Y（明度）和興奮純度（Pe）來表示白色。Bergen認(rèn)為，當(dāng)樣品的表面Y>70、Pe<10%時可看做白；MaoAdam的實驗數(shù)據(jù)則為，Y為70-90，Pe為0%-10%；而Gnum等則認(rèn)為物質(zhì)表面的純度在0%-12%和高反射比就看做白。

國際照明委員會（CIE）在1986年制定了白度測量應(yīng)遵循的共同規(guī)范：

①應(yīng)該使用同樣的標(biāo)準(zhǔn)光源（或照明體）來進行視覺的儀器的白度測量，推薦用D65照明體為近似的CLE標(biāo)準(zhǔn)光源。

②在與①不一致的條件下得到的實驗數(shù)據(jù)不能確定或檢驗白度公式。

③推薦使用白度W=100的完全反射體（在可見波段譜反射比都等于1的理想漫射體，簡稱PRD）作為白度公式的參照標(biāo)準(zhǔn)。確立或檢驗白度公式時都必須為-或PRD的白度值等于100。

根據(jù)以上規(guī)范，任何白色物體的白度是表示它對于PRD白色程度的相對值。因此，此PRD為參照基準(zhǔn)而標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)白板的標(biāo)準(zhǔn)反射比標(biāo)準(zhǔn)以及由此而確定的三刺激值X、Y、Z，或者由此而確定的三刺激值反射比因數(shù)RX、RY、RZ等都可以作為計量白度標(biāo)的基礎(chǔ)。

后記：

21世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，世界經(jīng)濟日益繁榮昌盛，通過研究古代陶瓷材料的物理性能，提升了研究古代陶瓷研究交流平臺，促進和推動考古的發(fā)展！相信，古陶瓷考古必將有一個燦爛的明天。

參考文獻：

[1]剛玉強化日用保持的理論分析 李文超 王儉 劉建華《中國陶瓷》

[2]光照作用對古陶瓷熱釋光年代的影響

[3]李盛華、苗建民、《中國科學(xué)、地球科學(xué)：中國科學(xué)》

[4]宋代瓷器科技分析淺論 王洪敏-中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

[5]模糊聚類分析在古陶瓷研究中的應(yīng)用

[6]陳金強 關(guān)永、馮金花《計算機工程與設(shè)計》