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。在古陶瓷的科學技術分析中，顯氣孔率、吸水率、體積密度、色度及白度等指標是重點研究內容，這是因為顯氣孔率和吸水率是陶瓷致密程度的體現，也是區分陶瓷和瓷器的重要標志，色度和白度分別是研究顏色釉瓷和白瓷的重要表征指標。

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測試內容，也是在古陶瓷科技研究中應用得比較早的分析內容之一。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，不與樣品發生反應，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，每塊測片的質量為5-20g，其質量差不超過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，稱其質量（m），精確至0.001g，然后再烘30min，稱量，兩次稱量質量之差，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量。

1、煮沸法

樣品放入用有線框隔開的容器內，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，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，校準天平零位；然后將飽含水的樣品放入線框內，并不與容器的任何部位相接觸，液面應保持超過樣品約（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量，gjm2為樣品沉沒在浸液中的質量，gjdm為浸液的真密度，g/m3jk為換算分數，根據不同資料，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（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標準色度學系統

CIE是國際照明委員會的縮寫。CIE標準色度學系統是以視覺心理為基礎的，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定方法。它是基于CIE-XYZ1931年標準色度觀察者光譜三刺激值而建立的一種色度學系統。光譜三刺激值是對380-780nm范圍內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量，CLE在1931年通過了317位標準色度觀察者進行顏色匹配實驗，測定和統計出光譜三刺激值的平均數據x（λ）、y（λ）、z（λ），將它們稱為標準色度觀察者光譜三刺激值。

由光譜三刺激值平均數值x（λ）、y（λ）、z（λ）按下列公式轉換成光譜刺激色度坐標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系中的色度點，再將各色度點連接起來，即為CIE1931標注色度學系統的色度圖，如圖所示。

3.基于CIE標準色學系統的陶瓷釉色的顏色測量與評價

基于CIE的規定，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標準色度觀察者光譜三刺激值，K為因數。

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調整為100，因此調整因數可以通過下式求得：

式中，S（λ）為待測顏色樣品的顏色刺激值函數。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，據此在CIE色度圖上可以標出對應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，大多數色覺正常的觀察者可以將一定范圍內的光反射比、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有關。實踐證明，白度標可以與已確立的色度參數和色知覺參數聯系起來。

2.白度的定量評價

一般來說，當物體表面對可見光譜所有波長的反射比在80%以上，可認為該物質的表面為白色。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認為，當樣品的表面Y>70、Pe<10%時可看做白；MaoAdam的實驗數據則為，Y為70-90，Pe為0%-10%；而Gnum等則認為物質表面的純度在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遵循的共同規范：

①應該使用同樣的標準光源（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標準光源。

②在與①不一致的條件下得到的實驗數據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準。確立或檢驗白度公式時都必須為-或PRD的白度值等于100。

根據以上規范，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為參照基準而標定的標準白板的標準反射比標準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RX、RY、RZ等都可以作為計量白度標的基礎。

后記：

21世紀是科學技術迅猛發展，世界經濟日益繁榮昌盛，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展！相信，古陶瓷考古必將有一個燦爛的明天。

參考文獻：

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