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  冶铸技术的中国特质    3星级
冶铸技术的中国特质
[ 作者:henansc     来源:河南收藏网     点击数:2079     更新时间:2015/1/29     文章录入:henansc
 中国新石器时代数千年漫长的制陶史,使得人们对粘土(或土壤)特性的认识和制陶羼合料(制陶工匠有意掺入陶泥以增强陶器在某些方面特性的物质,如石英或长石颗粒、砾石或岩屑、蚌壳碎片甚至稻谷壳,不同种类陶器的羼合料在物质、大小、配比上都可能不同,如何使用羼合料是一个长期摸索的过程)的使用上有了充分了解。如龙山时代是黄河流域制陶技术达到高峰的时期,这时期的陶器以器形复杂精巧见长。有证据表明,很多陶器可能是用批量化和标准化的方法生产部件,再组合套接成形,或可被看作是龙山时代之后制作组合陶范的技术基础之一。

  陶范的作用和陶器毕竟不同,虽然陶范制作技术来源于制陶技术,但研究发现,铸铜工匠此时已经使用完全不同于陶器制作的方式来处理土壤等原材料并制作陶范。

独树一帜的中原——青铜礼器的陶范铸造

 

    中国在公元前1900年前后已经开始规模生产铜器。随着田野考古工作的深入,发现了几个铜器生产的中心区域,如甘肃的河西走廊地区、内蒙古及辽宁交界地带的辽西地区、以及以中条山为中心的中原地区。

  但是,这个时候仅在陶寺、二里头遗址为代表的中原地区能够制造青铜礼器,并发展出辉煌灿烂的三代青铜文明。这是因为,造型复杂的铜礼器的铸造,是在熟练掌握陶范技术的基础上形成的,也是中原地区文化选择的结果,即中原有意选择了青铜器作为其礼制的物质载体。

   就组合陶范技术而言,此时在中原地区的出现并非偶然,而是来源于中国新石器时代以来制陶技术的长期积累。组合陶范技术是中国古代冶铸技术的重大发明之一,在世界冶金史上也独树一帜。

 中原在二里头时期率先创造了青铜礼器的陶范铸造法
 

  刑范正,金锡美,工冶巧,火齐得——青铜冶铸的复杂流程

 

    自二里头时期组合范铸造青铜容器开始,至春秋战国时期生产种类繁多的青铜器为止,中国形成了一整套从青铜冶炼到铜器铸造的工艺流程,这里面至少包含三个工序:采矿—冶炼:采矿→选矿→冶炼铜、锡、铅等原料;

   陶范制作:选择陶泥和预备羼合料→模、范、芯的制作(器形、纹饰等等)→烧制成型;

   浇注和后期加工:组合铸型→合金熔炼与浇注→打磨抛光→焊接、镶嵌、镀锡、鎏金银、错金银、彩绘等。

 

  独特的显微结构

  ——陶范铸造的“组织保障”

  模、范、芯的制作及其组合是青铜容器铸造的技术关键。二里头遗址发掘出土了数量较多的二里头文化二期至四期的陶范,从残存的范块来看已用于铸造器形复杂的铜容器,二里头文化时期也发现有大量器形优美、器壁很薄的青铜器,这表明当时的陶范制作技术和青铜器铸造技术已经相当成熟。那么陶范是如何制作的,又有什么样的组织特征?

  从上世纪60年代开始,不少学者利用现代检测分析方法,考察陶范的微观构成和理化性能,探讨技术进步的具体表现。

  国内方面,张万钟测定了侯马铸铜遗址出土陶范样品的砂含量,并确定模、范和芯的制作工艺,亦对范、模的组装方法,固定支钉的使用,浇冒口的设置等方面进行了详细的讨论。北京钢铁学院(现北京科技大学)对殷墟小屯出土的范和芯做了粒度、成分分析和岩相测定。上海博物馆在谭德睿先生的带领下对古代陶范做了系统性研究,总结出古陶范具有强度高、可雕塑性好、耐火度和热化学稳定性足、发气量低、焙烧和冷却时变形量小、焙烧温度低于烧结温度、透气性不良等性能。另外,发现古人在范料中加入了植物灰,其作用在于降低陶范的蓄热指数、提高金属液的充型能力。

  国外方面,Gettens和Freestone在对美国佛利尔艺术博物馆藏的商周铜器所含泥芯以及殷墟陶范进行分析之后,认为陶范是由经过选择和处理的黄土制作的。James Stoltman和荆志纯等关于陶范显微分析的研究为陶范制作技术分析提供了新思路,他们利用数点法对殷墟出土陶范的岩相观察结果进行分析,指出陶范样品中含有大量粉砂以及较少量的粘土;这一结构将有利于青铜铸造时所产生气体的逸出,降低铸造缺陷率;另外,较高的含砂量有助于减少陶范在干燥过程中的收缩。

  新世纪以来,在国家重大文化专项“指南针计划”和“中华文明探源工程”的支持下,北京大学考古文博学院、中国社会科学院考古研究所和多家地方文物考古所及博物馆密切合作,又对各地出土各时期的铸铜陶范进行了系统整理,并采集较多样品进行深入分析,取得了较多新成果。就显微结构而言,自二里头文化至战国时期,铸铜陶范有相当多的一致性,如均使用经过淘洗的黄土作为主要原料,粘土含量较低而孔隙率较高。这种低粘土、多孔陶范材料在干燥和烧制过程中的收缩率较小,从而对器物的形状和纹饰的影响较低,可完成精细和复杂图案的铸造;多孔陶范具有良好的透气性,在浇铸过程有助于减少铸件缺陷;多孔陶范因其有较多的空洞,从而具有较好的保温效果,在浇注时可以减缓冷却速度,实现顺利浇注;高孔隙率和低温烧制的陶范材料也可提高其抗热震性。研究也发现,铸铜陶范的显微结构有随时间发展而逐渐成熟的趋势,如二里头遗址出土早期陶范的制作相对比较原始,表现为原料的分选程度不佳、组分不十分稳定等,而商周时期陶范制作的标准化程度已较为稳定,特别是春秋战国时期陶范的砂、粘土和空洞的配比已显得非常成熟。由此可知,中国古代青铜器的陶范铸造技术传统,无论是陶范材料的选择和制备,还是铸型的设计和花纹的制作,在二里头时期便已形成基本的规则和框架。

  总之,陶范技术也许是在青铜时代早期铸铜工匠从陶器工业中认识到陶土的性质,并逐步有意发展而来,毫无疑问是中国的中原地区发明了块范法铸铜技术,是否可以排除这种技术是外来的呢?在青铜时代,与这种陶范类似的材料在古埃及的陶器中有所发现,而在欧亚大陆的早期青铜冶铸遗址中也出土过陶范,但遗憾的是这些材料尚未进行系统分析。因此,中国古代陶范铸造的技术起源仍有较大的讨论空间。

二里头遗址出土陶范
 
 
 
 
 
 
 铸铁陶范——中国古代冶铸工艺的又一创造

  

  研究显示,先秦时期大部分陶范的化学成分和微观结构方面较为一致。这意味着,早在二里头时期铸铜陶范的制作技术已得到充分发展,战国秦汉时期,铸铁陶范在铸铜陶范的基础上有一定程度的进步。

   这时的铸铁陶范砂含量更高、砂的颗粒度和空隙更大。铸铁陶范这种材料具有更好的保温效果,也利于熔点更高的生铁的浇注。

   由此可知,先秦两汉时期中国古代工匠在铸铜与铸铁所用陶范上尽管使用了相同的制作技术,但所用原材料有一定差别,这既反映了技术的传承,又存在创新的因素,需要专业化的生产才能完成。

  从这个意义上讲,专业化生产应是当时冶金工业的重要组织形式,也是技术传承与发展的重要载体。

 

铸铁陶范的显微结构,颗粒更大
 

  中文化的传承与发展——冶铸技术的中国特质

  从冶金起源到青铜范铸、生铁冶炼和生铁制钢,中国早期冶金技术的发展道路也是在不断吸收、消化各种外来技术,并逐渐形成特色鲜明的冶铸技术体系,体现了兼容并蓄、博采众长,海纳百川的中华文明特质。

  虽然在中国早期铜矿开采、冶炼和铸造中也能找到来自西方的技术因素,但当青铜冶炼技术通过区域交流进入中原之时(不排除独立起源的可能性),及时结合中原地区在新石器时代晚期就已经存在的本土化找矿、高温控制和制模翻范技术的知识积累,能够被迅速地吸收、消化并改进提高,创造性地发明了青铜器组合陶范铸造技术。这一铸造技术传统的形成,是中原地区文化和技术发展的必然选择。而作为夏商周三代物质文明的集大成者,青铜器的装饰、制造技术和使用组合是区别于其他青铜文明的重要特征。这一青铜礼器铸造技术的发生地,即在河南、山西和陕西为中心的中原核心地区。这显示了中原文化兼容并蓄、博采众长的优点。

  正是先秦时期有比较发达的青铜器陶范铸造技术传统,在具有西方特点的块炼铁技术传播到豫陕晋交界地带的中原地区之后,便迅速发明了生铁冶炼及生铁铸造技术,完成了中国冶金史上的又一个重大转折。商周青铜器的生产技术及其管理制度,为铸铁技术的产生和发展奠定了基础。一旦能够把铁从矿石中还原出来,这种铸造技术的传统和优势使生铁的冶炼和铸造变得十分容易。铸造的生铁脆硬易裂,限制了它的使用,这时高超的窑炉和高温控制技术又一次派上了用场。将铁器或生铁原材料放在窑炉内并控制炉内气氛进行退火处理,可改变生铁器物内碳的存在状态和含量,从而提高韧性、延长使用寿命。所以,生铁冶炼技术的产生及其制钢体系的建立,是块炼铁技术与青铜器陶范铸造技术相结合的必然结果,也是中原文化吸收外来技术进行再创造的结果,再次体现了兼容并蓄、博采众长的中华文明特质。

  正是中原地区具有这种吸收外来技术为自己所用,并在外来技术的基础上进行再创造的能力,才在中华文明多元一体的发展中起到核心作用。中原地区所创立的这种金属铸造技术传统,对周边地区产生了强烈影响,这点从中原与周边地区先秦时期青铜器和战国秦汉时期铁器的生产和使用等各方面可以找到充足的证据。

  古代中国创造的冶铸文化,在世界冶金技术及人类文明的发展史上具有重要地位。中国古代冶金技术这种“引进—吸收—再创造—反馈”的发展历程体现了兼容并蓄、海纳百川的中华文明特质,也是我们研究古代冶金技术的魅力所在。

 

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