烧成方法，教我怎么烧
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|制作：科普中国
制作人：李玉桥、邵迎峰（中国科学院力学研究所）
出品单位：中国科学院计算机网络信息中心
你可能在故宫博物院见过这尊清朝雍正年间仿制的金箔弥勒佛像。
图1 清代雍正年间哥窑仿金箔弥勒佛像（来源文献[1]）
佛像僧袍上的图案自然而独特，但实际上使用了一种叫做“开洞”的技术。
“开裂”又称冰裂，是指瓷器釉面出现的自然开裂现象，广泛应用于烧制瓷器中。当然，随着瓷器的老化，表面釉层逐渐向内龟裂，形成鱼子纹或牛毛纹裂纹。
图2 牛毛图案开口（搜狐新闻提供）
冰裂纹的独特性和多样性，导致人们想要积极控制瓷器釉面的开孔。人造胶片的生产始于宋代的哥窑。哥窑是宋代五大名窑之一，在陶瓷史上具有举足轻重的地位。阁窑釉色湿润清爽，颜色有焦米色、青灰色等。下窑的一大特点是釉层较厚，表面可见俗称“近铁丝”的大大小小的花纹。
图3 外壁窑绿釉葵花口盘（来源：国立故宫博物院）
原来，“金铁线”的发现是出于嫉妒而“自己犯下的错误”。金线有一个传说。相传宋代时，龙泉县有张胜义、张胜歌两兄弟，其父是著名的青瓷制作专家。沉一、沉二兄弟自幼跟随父亲学**艺术。大儿子张申义为人善良，肯学，能忍耐困难。他了解了父亲的真正遗产。张胜儿也有绝活。
张的父亲去世后，兄弟俩分道扬镳，开设了自己的窑厂。大哥张胜义开的窑叫哥窑，二哥张胜儿开的窑叫狄窑。兄弟俩都制作青瓷，各有成就。然而�**寮际醺叱蛏罩啤白峡谔拧鼻啻啥煜拢踔链搅嘶实郏昧辗浅８咝耍攀ヒ獗阆铝钌罩普饧啻伞Ｉ罩乒讨校恿哓募刀剩酶绺绮蛔⒁猓蚩っ欧爬淦贾乱つ诖善鞅砻嬗悦婀炅选�
裂纹有大有小，有长有短，有粗有细，有曲有直，形状多种多样，有的像鱼卵，有的像柳叶，有的像蟹爪。�**蹇煲蘖耍疵挥醒劾崃鞒隼础Ｋ械教弁矗只指戳肆ζＫ萘瞬瑁诖善魃匣松钭厣Ａ盐屏⒓幢涑闪俗厣南咛酰滞可狭四Ａ逊旌芸毂涑闪撕谏南咛酢＞驼庋桓敖鹣摺本驮诓痪饧湫纬闪恕�
这个传说的真实性已不得而知，但冰裂原本是瓷器的缺陷，但其自然、千变万化的独特特性却让人们着迷，至今仍受到很多人的追捧。
图4 葛窑青瓷弦纹瓶（图片来源：国立故宫博物院）
如何利用冰裂纹制作瓷器？前文提到，张胜儿打开窑门让冷空气进来，导致他哥哥窑的瓷器釉面开裂。这是因为当冷空气进入窑炉时，瓷器表面的釉层被破坏了。很酷，这是有原因的。当釉料收缩时，它会迅速收缩，但此时主体内部的温度很难下降，因此釉料被主体拉动，防止釉料收缩（图5）。如果釉面产生的拉应力超过釉面的强度，釉面就会开裂。
您可能想知道为什么瓷器在窑中冷却时釉不会破裂。这是因为釉料在炉内冷却时就开始冷却，但冷却速度比较慢，因此在冷却过程中受到的拉应力比较小，达不到釉层的强度。裂缝。
同样，在炉温较高时打开窑门，加快釉料的冷却，也会减少釉料中的裂纹纹路。这是因为釉料冷却得越快，釉料的收缩就越大，表面产生的拉应力就越大，而釉层表面的拉应力超过了釉料的强度。由于釉层面积较窄，纹路整体变细。
现在的瓷器生产厂家能够对胎体和釉的热膨胀系数进行设计，使釉的热膨胀系数大于胎体的热膨胀系数，即使窑炉内冷却，釉层也保持不变。它变薄了。由于收缩率较高，表面会产生超过其自身强度的拉应力，从而产生裂纹。
图5 陶瓷表面冷却过程中应力场和温度场的有限元模拟（图片来源：作者提供）
裂纹形成的实时研究裂纹是从釉层表面开始的还是从内部开始的？为了找出答案，我们进行了一项实验。
使用高速相机拍摄半透明陶瓷片在施加水冷冲击（类似于冷却瓷器表面的釉料）时裂纹的发展情况，并且在受到冲击的表面上出现裂纹。冷休克。我明白。然后它会在陶瓷片内部传播（图6）。慢慢地，一些裂缝停止增长，而另一些则继续增长。裂缝可根据其垂直总长度分为不同级别。
图6 陶瓷在低温冲击下的热冲击裂纹扩展（图片来源：作者提供）（动画图）
那么，加热表面会导致裂纹吗？我们也做了一个实验。使用高速相机拍摄半透明陶瓷片在火焰热冲击下（类似于瓷器表面釉料的加热）裂纹的生长情况，我们发现裂纹是从陶瓷内部开始的，并且裂纹是从陶瓷内部开始的。我发现裂缝正在扩大。两侧（图7）。
图7 热冲击下陶瓷中的热冲击裂纹扩展（图片来源：作者提供）（动画图）
这与冷冲击时的膨胀方式不同，因为陶瓷的应力状态不同，冷冲击时表面产生拉应力，加热时由于热胀冷缩的原理，内部产生拉应力。震惊。采用有限元软件模拟陶瓷的热冲击过程。计算出的应力分布（陶瓷内部的最大应力）也证实了这一点。图中，从蓝色到红色的过程表示压力逐渐增加（图8）。
图8 陶瓷表面受热时应力场的有限元模拟（图片来源：作者提供）
如果陶瓷已经存在裂纹，为什么还会出现裂纹？
由于陶瓷本质上是脆性的，在制造和使用过程中会不同程度地产生孔洞、微裂纹等缺陷，下面我们研究了其对裂纹的影响。影响扩大。
图9 含有预制缺陷的陶瓷在冷冲击下的热冲击裂纹扩展（图片来源：参考文献[2]）（动画图）
结果表明，当对陶瓷表面施加低温冲击时，热冲击裂纹从冷冲击表面产生并扩展至陶瓷内部，根据热冲击裂纹的总长度可分为以下几类：垂直方向裂开。我做到了。它分为三级，其中三级是最长的一级。
当裂纹在扩展过程中遇到预制缺陷时，会出现两种情况：要么裂纹被预制缺陷卡住而停止扩展，要么裂纹在预制缺陷的底边重新出现并向下扩展。这种裂纹称为二次裂纹。二次裂缝的垂直总长度通常比不与预制缺陷相交的其他三次裂缝短。如果预制裂纹捕获热冲击裂纹并停止其扩展，或产生垂直方向全长缩短的二次裂纹，则陶瓷的耐热冲击性（不易产生热冲击裂纹的性能）将提高到一定程度。范围（图9）。
图10 含有预先存在缺陷的陶瓷在热冲击下的热冲击裂纹扩展（图片来源：自己的作品）（动画图像）
当陶瓷表面受到热冲击时，裂纹从内部预设缺陷开始并向两侧扩展（图10）。
中国制陶技术的出现可以追溯到公元前4500年至公元前2500年，陶瓷的发展史可以说是中华民族发展史的重要组成部分。陶瓷在追求美和形式以及科技成就方面发挥着重要作用。
目前，各种先进陶瓷材料不断被创造出来，对陶瓷特性的研究正在不断深入，陶瓷材料将继续在工业生产和文化中发挥积极作用。它为我们的生活带来了便利，为艺术和科技的繁荣做出了贡献，为发展做出了重大贡献。
参考：
[1] 古瓷器的开启机制及艺术效果（2008-08-30）http://www.wenwu.org/showArticle1asp anclassid=1nclassid=222Articleid=30795。
[2] 李YQ, 刘本Y, 王XH, 邵YF*, 李L, 魏建昌， 宋峰. 预制裂纹对陶瓷淬火过程中裂纹扩展的影响， 2020, Ceram. Int. doi.org/10.1016/j .陶瓷薄荷.2020.09.215