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  秦代陶片的拉伸强度和弯曲弹性模量较好，但内部差异较大;汉代陶片和唐代陶片的力学性能与秦代陶片相比较差。在所有残片样品中壅颈部位陶片的力学特性较好，铠甲和内衬陶片的力学性能较差;波速、幅度与力学参数的线性相关性较差，需进一步的微观研究来寻找微观结构与宏观力学特性的关系，为大件陶器文物的保护修复与包装提供了理论依据。

  文物的保护和修复过程中，经常需要多学科和多领域的相互交叉与融合来共同完成，其与化学、物理学、地质学、生物学、历史学、文物保护学、考古学、材料学、美学、力学等方面都具有密切的联系。

  力学是一门基础的应用学科，在文物的保护和修复中有很重要的作用。比如，它在破碎文物的粘接，脆弱、糟朽文物的加固，以及对外展示文物的包装等方面，都有许多应用。

  陶器伴随着人类社会的进步而产生，是人类文明的象征，有的已成为中华文化的标识。无论是在制作工艺还是原料选择上，中国都具有相当高的水平。

  从陶片的微观结构中不难发现，陶片内部存在着大量的孔洞和微裂纹，由于微裂纹尺寸、位向及分布的随机性，其强度等力学参数也具有很大的差异。

  研究陶片力学性能的意义在于：陶器在修复以及运送过程中，会受到各类载荷的影响，研究陶片的力学性能，可获得陶器在受载过程中的应力状态。

  研究内部结构与力学性能的关系，可以在微观尺度下分析陶片的宏观力学性能，为陶器加工工艺以及原料选择等方面的研究提供理论依据。

  通过三点弯曲实验测得了陶片在变形过程中的载荷－位移曲线，在此基础上计算，可以分析陶片的拉伸强度以及弯曲弹性模量。通过超声波检测仪测量了与材料不密实度有关的参数，并将其与样品的力学性能进行了对比分析。

  此次实验所选用的陶片样品共18件，其中汉代陶片样品4件，唐代陶片样品3件，秦代陶片样品11件，实验中为了记录方便将汉代陶片记作“H”，唐代陶片记作“T”，秦代陶片记作“Q”。

  根据检测的需要，将陶片原材料加工成长条形试件并编号，编号时需注明试件所选自陶片的年代和编号，在加工的过程中，需要尽可能保证长条形试件的两对侧面互相平行。

  否则在测量时会由于应力分布不均匀，导致实验结果与真实的情况不符。加工后需要对试件的截面尺寸，进行初步测量来确定三点弯曲实验中所采用的跨距。

  本次三点弯曲实验所使用的实验机为小载荷实验机，实验中压头的加载速率为0.5mm/min。加载过程中试件所受到的载荷，以及位移都通过实验机自带的传感器，记录于与之相连的计算机中，实验机的配套软件能够实时给出试件每一时刻的载荷－位移曲线。

  在ZBL－U520非金属超声检测仪的功能选择界面中，选择超声法不密实区和孔洞测量来测量陶片试件不密实度的相关参数，在测量前先经过测量标准件来对检测仪进行校定。

  对于每一个陶片试件进行3次测量，检测仪将自动记录超声波在试件中，传播的波速以及幅度等参数。测量过程中需要将两个探头接触试件的两个受载面，其受载面分别为三点弯曲实验中压头和支撑点所接触的表面。

  在试件进入线弹性区之前曲线中有一段非线性区，这部分非线性区是由于系统的接触变形所造成的，曲线在到达峰值的时候迅速下降回落，说明此时试件已经完全断裂，试件受到的载荷瞬间归零，而这个峰值就是计算拉伸强度所必需的最大载荷。

  三点弯曲实验中拉伸强度的计算公式为:σmax=3NL2bh2，其中N为试件受到的最大载荷，L为测量前设定好的跨距，b和h分别为试件断裂面的宽度和高度，高度方向是三点弯曲实验中载荷的加载方向。

  弯曲弹性模量。计算试件的弯曲弹性模量，必须了解到试件在线弹性阶段的变形状态。图二方框内是载荷－位移曲线的部分线性区域，所对应的状态就是试件加载过程中的线弹性阶段。

  通过拟合出这一部分的斜率，将其代入公式，便能够获得试件的弯曲弹性模量。陶片各年代以及部位间的力学性能分析。通过将试件的力学性能进行平均可以近似得到每一个陶片的力学性能。

  实验中所使用陶片，选自于不同年代的陶俑陶马的不一样的部位，需要记录的是每一种材料的样品信息以及其力学性能。秦代陶片具有比较高的拉伸强度，汉代陶片次之，唐代陶片最低。

  从表一中看出，秦代试件的拉伸强度具有很大的差异性，说明秦代陶片的内部构成并不均匀。秦代陶片中壅颈部位陶片的拉伸强度最大，铠甲和内衬部位陶片的拉伸强度最小，说明陶俑的铠甲和内衬在受载的过程中最容易受到破坏，修复过程中需要非常注意。

  不同年代陶片的弯曲弹性模量具有如下关系，秦代大于唐代，唐代大于汉代。这说明不同年代陶片的内部结构与组成具有较大的差别，这不仅与所选样品的部位、厚度及烧成温度有关，而且受所用原料、制作流程与工艺的影响，要进一步从微观的角度来对宏观力学性能进行分析。

  陶片不密实度相关参数检测仪，记录了每一次实验中超声波的波速和幅度，其中标有H的实验结果表示探头所接触的表面不是受载面，而是与受载面相邻的非受载面。它们之间波速差异较大，说明该试件具有较强的各向异性。

  秦汉唐陶片的物理性能比较分析秦代以秦俑残片为代表，其烧成温度为750℃至1050℃，平均为900℃，体积密度平均为1.76%，吸水率平均为17%。

  汉代以山东青州香山汉墓出土的兵马俑残片为代表，其烧成温度为700℃至990℃，平均为845℃，体积密度平均为1.60%，吸水率平均为18.5%。唐代以唐惠陵李宪墓出土陶器残片为代表，其烧成温度为700℃至850℃，平均为775℃，吸水率平均为18.7%。

  从秦汉唐陶片的物理性能分析结果可知，秦俑和汉代陶器的烧成温度相差不大，在750～1000℃之间，唐代陶器的烧成温度较低，在700～850℃之间。

  但是秦俑个体大、质量重，以秦俑为代表的秦代夹沙陶结构强度明显要大于汉代、唐代陶器的结构强度，也符合表三中样品信息和力学参数分析。

  各参数之间的相关性通过前面的实验，一共得到了4个不同的材料参数。对于4个参数之间的6种相关关系，笔者采用了决定系数Ｒ2，来进行相线性回归从而来分析各参数间的相关性。

  一元线，线性方程的参考价值越高，即说明两个参数之间具有很强的线性关系，相反，决定系数Ｒ2接近0时，表明参数间线性关系不明显。

  从图二能够准确的看出拉伸强度与弯曲弹性模量之间，以及波速与幅度之间具有较强的线性相关性，其余的参数间线性相关性较弱，说明密实度的相关参数与材料的力学性能并无显著的线性关系。

  秦代陶片的拉伸强度最大，汉代次之，唐代最弱。秦代试件之间强度差异较大，说明其取样的部位、厚薄与制作流程与工艺不同。秦代陶片中不一样的部位拉伸强度的强弱关系为:壅颈＞底袍＞袍角＞铠甲=内衬，在保护修复的过程中需要特别的注意。

  陶片的弯曲弹性模量具有如下关系，秦代大于唐代，唐代大于汉代，这说明不同年代的陶片其内部结构与组成上具有一定的差异，弹性模量显而易见，断裂韧性的各项异性与晶粒的择优取向有关。

  秦汉唐陶质文物各部位的力学性能与其烧成温度、材料及制作流程与工艺有关。拉伸强度与弹性模量具有一定的线性相关性。密实度相关参数与材料的力学参数相关性较弱，说明密实度并不能独自决定试件的力学性能，进一步的研究需要从微观分析来确定其材料组成。

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