ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗЛИЧИЙ МЕЖДУ ОБРАЗЦАМИ СОВРЕМЕННОЙ И ДРЕВНЕЙ КЕРАМИКИ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОФАЗОВОГО АНАЛИЗА

Целью научно-исследовательской работы является изучение фазового состава образца древней керамики из раскопок городища Шымкент и сравнение его с образцами современной керамики, представленными напольной керамической плиткой местного производства. Метод исследования - рентгенофазовый анализ (далее РФА).

Керамика - изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. В древности керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время применение керамики активно в сфере строительства, промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), искусстве, медицине и науке. А в XX веке были созданы новые керамические материалы для использования в полупроводниковой индустрии и т.д. Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой [1].

Керамика является твердым материалом, прочность которого в 10 раз больше прочности изделий из цемента или железобетона. В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики — фарфор, полуфарфор, каменная керамика, фаянс, майолика. Основ-ной вид грубой керамики — гончарная керамика. Кроме того, различают кера-мику карбидную (карбид вольфрама, карбид кремния), алюмооксидную, цир-кониевую (на основе ZrO2), нитридную (на основе AlN) и пр.[2]

Исследуемые образцы: №259-напольная плитка современного типа, №360 и №361-фрагменты керамики, найденные на раскопках городища Шымкент в 2005 году по программе "Культурное наследие". В рамках государственной программы археологический отряд Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауезова в 2006 году продолжил раскопки городища Шымкент. При вскрытии рыхлых оплывов и завалов стен, заполнявших раскоп, был получен мелко фрагментированный и разновременный керамический материал. На уровне самих полов вскрытых помещений было найдено очень небольшое количество невыразительных фрагментов керамики второй половины XIX вв., отдельные железные фрагменты и редкие фрагменты фабричного стекла второй половины XIX в - начало XX в. Таким образом, эти находки повторяют и дополняют материалы, происходящие из ранее нами выделенных средневековых и позднесредневековых керамических комплексов городища Шымкент [3]

В области изучения технологии древнего керамического производства в настоящее время используется различное множество методов исследований [4], которые характеризуются различными подходами и методами изучения керамики, слабой разработанностью экспериментальных методов, позволяющих извлекать из керамики необходимую системную информацию. Метод, с помощью которого проводился РФА - метод порошка. Для исследования были использованы три образца керамики, два из которых образцы древней керамики. На первом этапе определяется фазовый состав керамических образцов с помощью дифрактометра "ДРОН₃". Дифрактометр применяется для разрешения различных задач рентгеновского структурного анализа.[5]

Для получения дифракционных спектров рентгеновского излучения размеры частиц порошка должны быть соизмеримы с длиной волны рентгеновского излучения. Для получения нужной фракции порошка, образцы измельчаются в фарфоровой ступке. Чтобы получить так называемую таблетку исследуемого образца, в порошок добавляется спирт и позже смесь прессуется. Получаемую таблетку помещаем на предметный столик дифрактометра и проводим исследовательскую работу.

Для снятия РФА были взяты образцы: №259-напольная плитка современного типа, №360 и №361-фрагменты керамики, найденные на раскопках городища Шымкент в 2005 году по программе "Культурное наследие".

После получения дифракционных спектров проводится расшифровка. Для расшифровки использовалась рентгенометрическая картотека ASTM (American Society for Testing Materials), в которой собраны данные о более чем 50.000 веществ.[6]

Фазовый состав всех трех образцов представлен муллитом (3Al₂O₃*2SiO₂). Наличие на рентгенограммах дифракционных линий соответствующих тридимиту (SiO₂) характерны для данного вещества.  В образцах №360 и №361, то есть в древней керамике присутствуют рентгеновские линии полевого шпата и кальцита (CaCO₃).

Данные выводы говорят о том, что обжиг древней керамики проводился при низких температурах, то есть от 550^о и 850^о по Цельсию. В свою очередь обжиг современной керамики проходит при температуре выше 900^о по Цельсию. При температуре выше 850^о по Цельсию кристаллические фазы, присутствующие в древней керамике, то есть полевой шпат и кальцит разлагается.

Ни одна составляющая керамики не является токсичной и опасной для здоровья человека и окружающей среды. Благодаря данной исследовательской работе можно сделать вывод, что рецептура изготовления керамики в нашем регионе по сей день аналогична древней рецептуре. Отличие состоит лишь в изменении температуры обжига керамического изделия и, как следствие, изменения фазового состава разложением полевого шпата и кальцита при высокой температуре.

Рисунок 1. Дифракционные спектры керамики древнего типа

Рисунок 2. Дифракционные спектры керамики древнего типа

Рисунок 3. Дифракционные спектры напольной плитки современного типа

Список литературы:

1. Васильев В.К., Нахмансон М.С. Качественный ренгенофазовый анализ.-M.: 1986.
2. Википедия, свободная энциклопедия. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0  (дата обращения 17.01.2017)
3. Государственная программа - Национальный проект "Культурное наследие"- URL:  http://www.madenimura.kz/ (дата обращения 25.01.2017)
4. Денисов Д. Ю., Абдрахимов В. З., Абдрахимова Е. С. Исследование фазового состава керамического кирпича на основе легкоплавкой глины и отходов производств при различных температурах обжига.//  Башкирский химический журнал – 2009. - T. 16, № 3.- C.42-47.
5. Рентгенометрическая картотека ASTM (American Society for Testing Materials) оснащенная ключом
6. Химическая технология керамики: учеб.пособие для вузов/под ред.проф. И.Я.Гузмана – М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2003.- 496с.