Inledning
Bränd röd lera är en speciell lämning som bildats genom forntida människors eldrelaterade aktiviteter och som ofta återfinns vid bostadsplatser, keramikugnar, offergropar och andra lämningar från neolitikum till historiska tider. Den fungerar som ett direkt fysiskt bevis för studier av forntida människors eldanvändningsteknik, byggnadstekniker och försörjningsstrategier [1]. Den ursprungliga bränntemperaturen är ett viktigt fysikalisk-kemiskt mått på bränd röd lera och speglar inte bara forntida människors förmåga att kontrollera elden och mognaden i bränntekniken, utan utgör också en viktig grund för att dra slutsatser om social produktivitet och mönster för resursutnyttjande [2].
Bestämning av bränntemperaturen
Dilatometri (DIL) har gradvis blivit en av de mest använda teknikerna för att bestämma bränntemperaturen hos arkeologisk bränd röd lera, tack vare att den är enkel att använda, orsakar minimal skada på provet, har hög mätnoggrannhet och god repeterbarhet. Bränd röd lera har genomgått dehydratisering, dehydroxylisering, fasomvandling och initial SintringSintring är en tillverkningsprocess för att forma en mekaniskt stark kropp av ett keramiskt eller metalliskt pulver. sintring under den forntida bränningen, vilket har resulterat i en stabil mikrostruktur. Därför uppvisar provet vid återbränning, när temperaturen ligger under den ursprungliga bränntemperaturen, endast reversibel termisk gitterutvidgning; så snart temperaturen överstiger den ursprungliga bränntemperaturen genomgår de kvarvarande amorfa faserna och de osintrade mikroregionerna inuti provet ytterligare förtätning, vilket ger upphov till en krympningseffekt som hämmar dess termiska expansion[3]. Denna metod har använts i stor utsträckning i forskning om temperaturbestämning av arkeologiska fynd.
Det prov som användes i denna studie är färsk, oväderad, bränd röd lera från en viss arkeologisk utgrävningsplats, bearbetad till en rektangulär kuboid med regelbundet tvärsnitt och en längd på cirka 25 mm (figur 1). Testerna utfördes med hjälp av ett NETZSCH DIL 402 Expedis®Classic dilatometer.
Testparametrarna redovisas i tabell 1. Fem uppvärmningsförlopp genomfördes, varav två med en sluttemperatur på 400 °C och tre med en sluttemperatur på 500 °C. Efter varje test kyls provet ned i ugnen till rumstemperatur för att säkerställa ett enhetligt utgångstillstånd för varje uppvärmningsomgång och för att eliminera störningar i testresultaten som kan orsakas av olika utgångstillstånd.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Instrument | DIL 402 Expedis®Classic |
|---|---|
| Provets dimensioner | Rektangulärt prisma, ca 10 x 10 x 25 mm |
| Uppvärmningshastighet | 5 K/min |
| Statisk kraft | 100 mN |
| Provhållare | Hållare av smält kvarts |
| Temperaturområde | Rumstemperatur – 400 °C, rumstemperatur – 500 °C |
| Atmosfär | Kväve (inert atmosfär) |
Resultat och diskussion
Som nämns i litteraturen [3] genomgår lermineraler i bränd röd lera (t.ex. illit, montmorillonit) under den ursprungliga bränningsprocessen dehydratisering, dehydroxilering och strukturell omorganisation vid specifika temperaturer, vilket leder till bildandet av en metastabil mikrostruktur. När återbränningstemperaturen ligger under tröskelvärdet för den ursprungliga bränningen sker ingen ny fasförändring inuti provet, utan endast fysisk termisk expansion, vilket gör att de två uppvärmningskurvorna överlappar varandra. När återbränningstemperaturen överstiger den ursprungliga bränningstemperaturen inträffar ytterligare irreversibla reaktioner under den första uppvärmningen (t.ex. avlägsnande av kvarvarande strukturellt vatten, läkning av gitterdefekter), vilket resulterar i en ökad förtätningsgrad. Följaktligen minskar provets termiska expansionsförmåga under den andra uppvärmningen, vilket makroskopiskt återspeglas av en minskad lutning och en övergripande nedåtförskjutning av dL/L₀-kurvan. På denna grundval kan intervallet för den ursprungliga bränntemperaturen bestämmas.
Som framgår av figur 2 kan man observera att:
- I intervallet från rumstemperatur till 400 °C: den första återbränningskurvan (kurva [1]) och den andra återbränningskurvan (kurva [2]) överlappar nästan helt under hela uppvärmningsprocessen, med nästan identiska lutningar (termiska expansionskoefficienter) i det linjära området och utan någon uppenbar avvikelse eller nedåtförskjutning.
- I intervallet från rumstemperatur till 500 °C: trenden för den tredje återbränningskurvan (kurva [3]) överensstämmer med kurvorna [1] och [2] under 400 °C. Den fjärde återbränningskurvan (kurva [4]) visar dock en betydande förändring under uppvärmningen, med en övergripande nedåtförskjutning och en markant mindre lutning än de tre föregående kurvorna. För att verifiera resultatet utfördes en femte återbränningskurva (kurva [5]) upp till 500 °C. Det framgår att kurva [5] nästan helt överlappar kurva [4], vilket bekräftar att provet blir stabilt efter upphettning till 500 °C.
Den genomsnittliga värmeutvidgningskoefficienten (m.Koefficient för linjär termisk expansion (CLTE/CTE)Den linjära termiska expansionskoefficienten (CLTE) beskriver ett materials längdförändring som en funktion av temperaturen.CTE) för varje ombränningskurva anges i tabell 2. Utifrån testresultaten kan man dra slutsatsen att provets ursprungliga bränntemperaturintervall är > 400 °C och ≤ 500 °C.
Tabell 2: mCTE för varje återbränningskurva
| Temperaturintervall | Kurva [1] | Kurva [2] | Kurva [3] | Kurva [4] | Kurva [5] |
| RT – 400 °C | 9,71×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,73×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,60×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,33×10⁻⁶ K⁻¹ | 9,29×10⁻⁶ K⁻¹ |
| RT – 500 °C | - | - | 11,40×10⁻⁶ K⁻¹ | 10,76×10⁻⁶ K⁻¹ | 10,69×10⁻⁶ K⁻¹ |
Sammanfattning
Användningen av dilatometri (DIL) för att analysera bränntemperaturerna hos bränd lera bygger på att lermineralernas termiska beteende är irreversibelt. Genom att identifiera förändringen i expansionskurvans lutning under återbränning kan man med hög noggrannhet fastställa det ursprungliga bränntemperaturintervallet för arkeologisk bränd röd lera. Denna metod kännetecknas av användarvänliga tester, tydliga kriterier, hög precision och minimal skada på provet, vilket gör den lämplig för värdefulla arkeologiska fynd. Det är en tillförlitlig teknik för att bestämma den maximala uppvärmningstemperaturen för brända fynd av lera. Processer som kan påverka resultatet måste uteslutas.