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应用 | “德国总督楼”旧址琉璃瓦件的釉胎损毁研究

发布：克吕士科学仪器（上海）有限公司

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KRüSS于1796年诞生于德国汉堡，是表面科学仪器领域的全球领导品牌。先后研发了世界上第一台商用全自动表面张力仪和第一台全自动接触角测量仪，荣获多次国际工业设计大奖和德国中小企业最具创新能力TOP100荣誉。其它产品还包括各类动态表面张力仪、泡沫分析仪、界面流变仪和墨滴形状分析仪等。

KRüSS

研究背景

1907年德国汉堡阿尔托纳区F. 0.施密特公司在山东青岛郊外信号山南麓半山坡建造了一座欧洲城堡式建筑作为“德国总督楼”(总督官邸)。在经历了几十年的风吹雨淋后，主楼的琉璃构件出现不同的病损。20世纪80年代，文物保护工作者对其进行了多次保护修复，其中为了与周围建筑环境颜色相协调，在琉璃构件表面施加了一层蓝色保护材料。目前，这些经过保护修复后的琉璃构件再次出现了表面保护材料与釉层脱落、胎体粉化等严重病变（图1）。

图1 绿色琉璃瓦的保存现状

本工作通过分析青岛“德国总督楼”旧址博物馆绿色琉璃板瓦的表面保护材料、釉层、胎体以及胎釉结合层等不同结构的界面、显微形貌以及热性能变化，探究琉璃釉层脱落的主要变化过程以及产生的主要因素，从基础性科学研究角度确定琉璃釉层和胎体层状脱落的原因。

实验仪器与条件

界面张力分析

采用德国KRüSS公司的DSA25接触角分析仪，测试不同表面的接触角和表面张力，然后根据Young - Dupre方程计算不同表面之间的界面张力和粘附功，其中 Young - Dupre公式为

式中，Wsl为固液相粘附功；σs 、σl分别为固相、液相的表面张力；σsl为固液相界面张力；θ为接触角。当溶液粘附在不同表面的面积为a时，在等温等压条件下，由热力学可得在粘附过程中的降低表面自由晗（粘附功)为

图2 DSA25接触角分析仪

结论与讨论

界面张力

琉璃釉层的脱落从釉表面冰裂纹延伸至胎釉界面以及腐蚀胎体，针对各层之间的相互作用，分析不同界面的张力变化尤为重要。选取的样品包括保护层和釉层、腐蚀胎和未腐蚀胎等各部分，测试结果显示样品保护层、釉层、腐蚀胎和未腐蚀胎的表面能分别为45.57 mN/m、35.46 mN/m和61.37 mN/m和44.96 mN/m，其中釉层和腐蚀胎之间的表面能相差较大。

表1. 不同界面层的粘附功和界面张力

测试样品的表面能后，如表1所示，根据公式计算出保护层-釉之间的界面粘附功为88.52 mN/m，界面张力为0.16 mN/m，釉-腐蚀胎间的界面粘附功为78.96 mN/m，界面张力为1.52 mN/m，而腐蚀胎-未腐蚀胎的界面粘附功为87.99 mN/m，界面张力为8.83 mN/m。实验同时计算了脱落釉层施加表面材料的胎体和未处理胎体之间的界面粘附功为74.93 mN/m，界面张力为15.05 mN/m。

众所周知，两相组成一个界面时，其界面张力的大小与界面两相质点间结合力的大小成反比。两相结合力越大，界面张力就越小；两相结合力越小，其界面张力就越大。所以对比发现：保护层和釉之间的界面张力相对最小，粘附功较大，说明保护层和釉层两相质点间结合力较大，而釉-腐蚀胎之间的界面张力较小，二者质点间结合相对较为紧密；区别最为明显的是腐蚀胎-未腐蚀胎之间以及脱落釉层施加表面材料的胎体和未处理胎体之间的界面张力相对最大，这两部分的结合最为疏松。

显微形貌和不同相之间的界面张力和粘附功的变化，较为直接地展示出琉璃不同界面的结合状况以及容易出现病损的部位为胎釉界面的腐蚀胎-未腐蚀胎之间以及脱落釉层施加表面材料的胎体和未处理胎体之间。

结论

通过对山东青岛“德国总督楼”旧址建筑琉璃构件的表面保护材料、釉层和胎体的显微形貌、界面张力以及热性能等分析，确定了琉璃构件釉层和胎体呈层状脱落的主要原因。

本文有删减，详细信息见原文

[1] 张艳群,于文頔,赵静等.山东青岛“德国总督楼”旧址琉璃瓦件的釉胎损毁研究[J].文物保护与考古科学,2023,35(02):72-80.

DOI:10.16334/j.cnki.cn31-1652/k.20210802225.