青瓷是中国瓷器的发端,从原始瓷器到成熟瓷器的出现,即以青瓷为代表。在中国古青瓷史上,具有重要地位的南北方瓷窑有越窑、耀州窑、汝窑、官窑和龙泉窑等。五代耀州窑青瓷,白胎光亮透影,黑胎青丽温润,堪称历代耀州窑青瓷之精品。北宋汝窑青瓷,天青为贵,粉青为尚,天蓝弥足珍贵,宋代五大名窑“汝窑为魁”。南宋官窑青瓷,粉青为上,胎黑者多,有蟹爪纹,紫口铁足等特点,具有南方青瓷温润肥厚的特殊美感。各地青瓷虽均以矿物原料本身含有的铁元素为主要着色剂,但色调与质感千差万别,地域特色明显。探索其成瓷工艺与技术和呈色机理与艺术外观的科学本质,不仅是文物科学价值挖掘、特征鉴别的需要,而且对于当今传统陶瓷行业具有重要的借鉴意义。鉴于此,本课题拟通过对五代耀州窑青瓷的研究,并与北宋汝窑、南宋官窑青瓷釉的化学组成中核心元素和特征元素、微纳结构、工艺与技术条件进行类比分析,阐明不同时期、不同窑口青瓷共性的关键科学问题与色彩异化、地域特色形成的本质原因。具体研究结果如下所示:(1)五代耀州窑青瓷釉的呈色由铁元素产生的化学色和分相结构呈色共同作用,使其呈现美丽动人的天青色。而且,密布的分相结构对自然光的散射作用产生乳浊效果,增添了瓷釉温润、柔和之美。白胎中低含量的Fe2O3和铁钛固溶体,大大减少了对入射光的吸收,而且较少的晶界和气孔也减弱了对入射光的散射,故白胎青瓷具有较好的透光性。然而,白胎中Fe2O3的含量亦高于1.0 wt%,这使其透光性仅存在于强光照射之下,并非显而易见。(2)在北宋汝窑青瓷釉中,大量的气泡和钙长石晶体赋予汝瓷特殊的光泽度和乳浊度。其次,非晶区密集的分相液滴具有近程有序性,因其尺寸太小(31-46 nm),形成的结构色微弱,但可以通过散射形成蛋白石效果,增添了汝瓷独有的美感。同时,磷元素促进了分相液滴的普遍形成,并加剧了铁元素的偏聚,从而加深了化学色,使汝瓷釉呈现偏青蓝的特色。此外,汝瓷釉中含有Si-OH键,这是由于窑址处的土壤偏中性至碱性,在长时间的埋藏过程中,土壤中的水分及其本身对釉面的腐蚀致使Si-OH键的生成。(3)南宋官窑青瓷釉的表面存在大量的气泡聚集体,分布在石英晶体的周围。这是由于制釉原料熔化过程中,石英颗粒附近的过饱和熔体析出气体,而不断产生新的气泡,随之扩散到已存在的气泡中,产生了该结构。而且,南宋官窑青瓷釉具有较高的SiO2/Al2O3摩尔比(8.760-11.451 mol%),故其中发生了液-液分相现象。由于分相液滴的密度高且尺寸仅有21-30nm,形成的结构色微弱,所以釉色主要由铁离子产生的化学色决定。此外,分相液滴、气泡、钙长石析晶等的存在可以提高釉面的玉质感,进一步修饰官窑青瓷釉的呈色。(4)五代耀州窑、北宋汝窑和南宋官窑青瓷釉的对比分析表明,五代耀州窑青瓷釉含有最高的K2O和CaO含量,有利于青蓝发色和釉层中气泡的长大与排出,故釉色青中带蓝且釉面透明度和光泽度高。北宋汝窑青瓷釉含有最高的Fe2O3和P2O5含量。P2O5促进汝瓷釉的分相,导致铁元素的偏聚,加深汝瓷釉的青蓝色调。同时,釉层中密集的气泡、析晶和分相结构不仅提高了釉面的乳浊度,并形成了蛋白石效果。南宋官窑青瓷釉的基础釉组成与汝窑青瓷釉相近,显微结构也相似。但由于其SiO2含量高,促使釉料在非均相成核阶段气泡聚集体的形成,进一步提高了乳浊度,并有利于釉面玉质感的形成。此外,烧成温度、埋藏土壤pH值以及制釉原料中铁元素存在状态的差异,也会影响青瓷釉的外观,同时也是地域特色形成的原因。(5)以Ca3(PO4)2代替釉灰作为分相促进剂,研究其对Fe2O3着色釉的作用机制。结果表明,将Ca3(PO4)2加入到Fe2O3着色釉中,引入了高活性的Ca2+和P5+。因Ca2+的离子势较大(Z/r=1.89),其吸引O2-的能力强于Si4+,故釉熔体分离成富钙相和富硅相。高温下两相的黏度差异导致了石英和玻璃相的不均匀分布,进而影响了铁元素的分布,釉面形成了圆形花纹。由于P5+对Fe-O键具有强烈地反极化作用,从而提高了 Fe2+与Fe3+-O-Fe2+的含量,加深了釉面的绿蓝色调。此外,P5+促进了瓷釉中蠕虫状分相结构的生成,分相结构不仅通过Bragg散射形成了非晶结构色,而且影响了铁元素的分布与化学状态,从而影响了化学色,结构色与化学色的耦合作用进一步加深了釉面的蓝色调。