陶瓷坯釉料配方优化及显微结构定量分析

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1、陶瓷坯釉料配方优化及显微结构定量分析摘要陶瓷是中华民族文化极其重要的组成部分，深刻影响着世界文化史的发展进程。陶瓷材料的组成与结构决定着材料的性能，显微结构测量与分析是判断陶瓷材料状态和内部结构的主要途径，陶瓷配方的优化和显微结构的分析对于生产各种品质和质地的陶瓷制品有着重要的意义，是陶瓷生产工艺过程中的一个最为重要的环节。由于陶瓷材料的化学成分组成的多样性，采用一般的手工计算进行配方极为繁琐，而且结果往往距要求相去甚远。随着计算机技术的飞速发展和日益广泛的应用，相关的计算机配方辅助设计软件已逐步应用于实际生产领域中。而显微组织测量与分

2、析对陶瓷材料研究具有非常重要的现实意义。通常，陶瓷研究人员使用传统人工方法进行显微组织的定量分析。此种方法乏味费时，检验人员劳动强度大，检测结果的可靠性及有效性难以保证。目前，国内由于相关领域发展的制约，该方面研究还存在很多问题。本文针对实际的陶瓷生产工艺中的制约陶瓷生产质量的两点关键性技术问题，从理论上提出相应的改进方案并在技术实现上加以改进，具体方案详述如下：第一，针对配方优化方面，利用最优化算法对陶瓷配方进行优化设计，将繁琐的传统手工计算交由计算机来处理，缩短产品设计周期，提高生产效率。在分析数值优化算法的基础上，针对陶瓷配方优化

3、方法的特点，分别采用复合形法和遗传算法对陶瓷配方进行设计。通过两种算法的结果对比分析，发现标准遗传算法在计算后的结果不理想，与复合形法的结果相比还有一定的差距，因此重点对标准遗传算法进行了优化和改进设计。主要体现在以下三个方面：(1)选择策略中使用了随机联赛选择替代传统的轮盘赌模型，提高了运算效率，保证了个体的进化；(2)变异操作采用高斯变异来改进标准遗传算法中的均匀变异，解决了标准遗传算法在局部搜索中不足；(3)自适应调整交叉率和变异率，利于算法的收敛。改进后算法的效率高于复合形法和标准遗传算法的效率，使配方优化设计更具有科学性和合理

4、性。第二，针对古瓷釉显微结构方面，利用现代电子显微技术，对瓷釉试样系列截面，显微放大陶瓷磨片，获取陶瓷显微组织图像。从图像增强、图像平滑、图像分割及边缘检测四个方面，详细比较分析各种数字图像处理技术，结合陶瓷显微图像的特点，根据图像处理结果，选取适用于陶瓷显微图像处理的最优方法。主要体现在以下三个方面：(1)运用数字图像技术中的拉普拉斯锐化、中值滤波方法对陶瓷显微组织图像进行预处理，滤波去除图像分析中的干扰因素和误差，获得利于分析的图像；(2)采用改进的最大类间方差法确定阈值，自动分离具有相近灰度特征的组元，实现陶瓷多组元的图像分割，并

5、对二值分离图像进行边缘检测，提取组元轮廓；(3)由于陶瓷显微组织图像为不连续图像，一般数学建模法不适合用于显微结构定量分析，因此，课题采用体视学方法计算普适参数，定量表征陶瓷显微组织中各相的体积分数、空间尺度分布。课题的研究对于陶瓷生产技术的实际应用具有重要的理论参考价值。本课题中系统开发所采用的方案为软件工程中的模块化设计和面向对象的思想，利用Delphi7．0作为开发工具，设计实现陶瓷配方优化系统和陶瓷显微图像数字分析与处理系统，并利用ADO数据库访问技术可以直接访问和调用数据库。在实现的陶瓷配方优化系统设计中增加的典型配方和综合调

6、试模块，提高了系统的实用性，系统辅助功能和帮助功能能够使用户快速使用，有利于系统的推广和应用；而设计的陶瓷显微架构中，详细介绍了系统各模块及数据库的实现方法。有效协助研究人员进行陶瓷配方及显微组织定量分析，为陶瓷材料的研究提供技术支持。关键词：陶瓷配方j优化设计，体视学，定量分析，边缘检测，复合形法，遗传算法，显微组织，图像分割IlTHEOPTIMALFoRMULAANDMICRoSTRUCTURALQUANTITIVEANALYSISoFCERAMICBoDYANDGLAZEABSTRACTTheceramicsthathavepro

7、foundlyinfluencedtheculturalhistoryoftheworldisanextremelyimportantconstituentofChineseculture．Thefunctionsoftheindustrialceramicsdependonthecompositionandstructureofthematerial．Microstructureanalysisisthemainwaytojudgetheconditionandinternalstructureofceramicmaterial，am

8、ongwhichtheoptimizationofformulationandtheceramicmicrostructurequantitativeanalysisisessentialtotheprop