论文部分内容阅读
古陶瓷是不可或缺的文化遗产和科学艺术品。中国是陶瓷的发明国,各综合性博物馆、大遗址都有丰富的收藏,存藏于民间的、尚未发掘整理的古陶瓷器物和残片更是不计其数。对于古陶瓷等文化遗产的检测和研究,探索出一套多方面、多角度的无损评测方法是至关重要的。以光、电、声学为基础,对古陶瓷的基本性质进行无损、快速、便捷地检测分析是目前古陶瓷保护与研究领域尚未解决的难题。本文以耀州青瓷为主要研究对象,基于无损检测理论,对耀州青瓷的光、电、声学性质进行检测和分析,把相关数据进行分析和量化分类,然后将耀州青瓷的光、电、声学参数与其结构和成分相关联,期望探索出一套适用于古陶瓷等文物无损检测的光、电、声学综合的无损检测方法(或系统)。主要的研究结果如下:(1)建立了青瓷色彩量化分类体系,在该体系下能够实现对青瓷的颜色进行科学描述和量化分类。将青瓷的颜色基本上划分为:青色、黄青色、灰青色、粉青色、玉青色、天青色六大类。本文以CIE(Commission Internationale de lEclairage)1976 La*b*均匀色彩空间为基础,用 H(色调)、C(纯度)和L(明度)分析了不同窑址青瓷的色彩特点,并对它们进行了色彩特征分类。分析发现青瓷的H、C、L范围分别为:60°~180°、0~35、20~90,其中位数分别为105°、12.5、55,并且所有青瓷的釉色H值均低于180°,这意味着青瓷中并不包括蓝色。青瓷的C值范围在0~35,说明青瓷颜色的饱和度较低。青瓷颜色的L值范围在20~90,该值与青瓷的胎体颜色密切相关,白胎的L值通常较高,黑胎的L值通常较低。通过该分类体系基本确定了青瓷颜色的感官描述与颜色空间的定量描述之间的对应关系,得到了各类青瓷颜色数据的可视化的H、C、L颜色空间关系,将青瓷颜色从主观性的感官描述转化成客观性的科学描述。(2)统计分析了耀州天青釉青瓷的内、外表面的釉色,以及耀州橄榄绿青瓷纹饰的凹、凸处釉色的色度数据和光谱数据。研究发现耀州天青釉样品的外釉更偏绿色,内釉更偏黄色;样品外釉的纯度比内釉更高,色彩更鲜明;样品外釉的亮度要低于内釉,说明内釉的亮度更高。由于陶瓷在烧制过程中,其内、外釉的表面烧成温度和所处气氛略有不同,所以导致内釉与外釉的颜色产生了差异。另外,对古代耀州橄榄绿青瓷样品的纹饰部位的色度进行测量与分析,发现样品纹饰浅色部分釉层较薄,其H均值和中位值均在90左右,而纹饰衬底釉色的H均值和中位值均在100左右。纹饰浅色釉色C的均值和中位值与纹饰衬底釉色的C值很接近,而L的均值和中位值比纹饰衬底釉色低10左右。耀州天青釉青瓷的内、外表面的釉色差异和耀州橄榄绿青瓷纹饰的凹、凸处的釉色差异,可以作为耀州青瓷碎片(残品)的重要分类依据。(3)设计了一种能够紧密贴合古陶瓷弯曲表面的柔性石墨电极,制作了无损测量古陶瓷电学性能的装置,并对耀州青瓷的介电性能和电阻率进行了测量与分析。研究发现,五代耀州青瓷的胎釉比例对其介电特性和电阻率有显著的影响,随着陶瓷中釉层占比的增加,介电常数会逐渐降低,电阻率会逐步升高。另外,釉层中的大气泡尺寸可达0.2mm左右,釉层中的大气泡和青瓷中玻璃相的含量也是影响古陶瓷介电常数和电阻率变化的重要因素。(4)设计了一种在人耳可听频段(20Hz~20kHz)的古陶瓷声学特性的无损检测方法,制作了无损测量古陶瓷声学性能的装置,对耀州青瓷的时域、频域参数进行了测量与分析。在该方法中,利用20Hz~20kHz的渐变音频作为音源,音源中包含约156万个音频数据点。通过分析通过陶瓷样品的声音波形、频谱和频率响应等信息,对材料的声透射率和共振频率(或共振范围)等固有特性进行计算和分析。该声学检测方法属于无损检测方法,测试时将古陶瓷视为整体,克服测试点局部差异带来的测试误差,非常适合古陶瓷等文物的声学性能的检测分析。(5)建立了耀州青瓷的釉色与胎釉结合处共生“火石红”色彩的关联关系,分析了“火石红”形成机理及其对陶瓷釉色的影响。研究发现,火石红的主要成分是赤铁矿,它是陶瓷在还原气氛下,被还原的Fe会随着熔体移动而气相沉积在了胎体上。火石红在出窑降温过程中被二次氧化后,在胎釉结合处以及胎体表面形成的一层赤铁矿薄膜。经分析发现,火石红的H在70以下时,表示火石红中赤铁矿的含量高于1.2%。随着熔体中Fe扩散到胎体上的量增多,形成的火石红会越多,胎体上火石红的H会降低,同时青瓷釉色的H会变高,釉色会偏绿。(6)利用古陶瓷电学和声学无损测量装置,研究了耀州青瓷的电学性能(电阻率、介电常数),测定了古代耀州青瓷与现代耀州青瓷样品的电学和声学性能,发现现代耀州青瓷样品中胎釉比例和釉中气泡对青的介电特性和电阻率具有显著影响。耀州青瓷样品的弹性模量与其气孔率呈指数变化关系。通过对古陶瓷光、电、声学的数据积累,可以将古陶瓷的呈色机理、胎釉比例、孔隙率、弹性模量等性质进行关联分析。古陶瓷光、电、声学的数据积累对古陶瓷的特征化研究以及其数据库的建立具有重要意义。