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导言：古代建筑琉璃烧制工艺与古代陶器、古代瓷器的烧制工艺在渊源上有着密切的联系，琉璃制作工艺是中华民族数千年陶瓷制作工艺发展历程中的一个侧面或是一个缩影。然而建筑琉璃构件作为琉璃建筑的基本材料，又有其自身的特点，具有功能性、装饰性，同时还具有文化上的特殊含意，这些特性决定了建筑琉璃有别于通常意义上的陶器和瓷器。作为普通公众，关注的焦点常常是陶器、瓷器，研究它的制作、欣赏它的精美、关心它的价值。建筑琉璃构件却往往不被人们所认识、即使掉在路边的是一块元代琉璃瓦块，意识到它的价值去捡拾它、欣赏它、收藏它的人恐怕也不会是多数。 故宫人则不同，故宫博物院是在明清两代皇宫的基础上建立起来的，15万平方米的宫廷建筑群铺满了各种颜色的琉璃构件。生活在这样的环境中，耳濡目染，故宫人知道琉璃构件颜色的内涵、了解瓦件上款识背后的含意、懂得它的价值，所以故宫人倍加地珍惜它、爱护它、深知保护它的重要意义。特别是近年来在故宫博物院的古建修缮中，大家看到大量的古代建筑琉璃构件因大面积剥釉而急待采用合理的技术予以保护，由此感到责任重大。课题《古代建筑琉璃构件保护技术及传统工艺科学化研究》是“十一五”期间，国家科技部的一项科研课题。在课题申报的过程中，故宫人有一种责任感和使命感，愿意承担起保护琉璃构件的任务，同时要把琉璃构件承载着的先民的聪明智慧和创造性揭示出来、展示出来，使世人认识它，懂得它的价值，自觉的保护它。 今天的报告，我想主要讲两个方面的问题。第一个大问题就是古代建筑琉璃构件的价值揭示，我觉得只有从价值上认识它，了解它，知道它的重要性，我们才可能珍惜它，自觉地保护它；第二个大问题是古代建筑琉璃构件的科技保护研究。  图1 苗建民主任于2012年5月31日在北京科技大学作题为《古代建筑琉璃构件的价值和保护技术探究》的学术报告
一、古代建筑琉璃构件价值揭示 首先，我想介绍一下分布在全国各地的古代琉璃建筑。  图2 古代琉璃建筑在全国各省市和地区的分布 在申报课题的时候，尽管说我们在琉璃构件的研究方面已经有了一定的工作基础，但涉及的面还比较窄，了解的情况也不够全面。比如说在全国范围内哪些地方分布着重要的古代琉璃建筑，我们并不是很清楚。大家知道得比较多的还仅局限于北京和北京的周边地区，因为对于我们生活在北京的人来说，在我们生活的周围到处都是琉璃建筑。可能还有人知道山西是建筑琉璃的发源地，还有河北的东陵、西陵有两个大的古代琉璃建筑群。但除此之外，还有哪些地方分布着古代的琉璃建筑，人们对这方面的了解就显得支离破碎了。在我们这个课题开始的时候，由于课题的任务书首先要求对全国范围内古代琉璃建筑的分布情况以及病害情况进行调查和统计，要针对最典型的病害情况开展保护研究。所以，着手课题时，我们对古代琉璃建筑在全国的分布情况开展了调查和统计。其间，考察了北京、河北、河南、山东、山西、陕西、湖北、安徽、福建、广东、辽宁、江苏、浙江、台湾等省市和地区。到现在为止，据不完全统计，在全国有25个省市和地区分布着古代琉璃建筑，台湾也有清代早期的古代琉璃建筑，在台北就有这样的古代琉璃建筑，从这儿我们可以看到古代琉璃建筑在全国的分布还是十分广泛的。我们知道，全国重点文物保护单位到现在已经公布六批了，第一批、第二批直至第六批虽然都是国家级文物保护单位，但是在整理分析的时候我们看到，随着国力的提高，以前市级的文物保护单位升为省级了，以前省级的升为国保级了。但是价值、艺术性、历史性和科学性这个层面来说，相对而言更为突出的大多数还是在1961年公布的第一批全国重点文物保护单位的名录当中。第一批全国重点文物保护单位一共有180家，这里面古建筑这一类别有96家，在这96家国家级的文物保护单位当中，古代琉璃建筑占了26处，它的比例占到了建筑类总数的27％，由此我们可以看到，古代琉璃建筑在我们中国古代建筑的历史发展过程中占有非常重要的位置。 我们现在能够查到的，能够看到的最早关于琉璃构件被用于宫殿建筑的文献记载始于北魏，这是成书于北齐，由魏收撰写的《魏书》。《魏书》中关于建筑琉璃的记载，是中国烧造琉璃构件的最早记录。该书的成书时间是公元554年，到现在已经有1400多年了，文献记载是1400多年，但是谈到琉璃构件烧制技术，理应是在这个时间之前。而至今保存下来的最早的古代琉璃建筑要属位于河南省开封市的北宋祐国寺塔，该塔塔身布满褐色琉璃砖，酷似铁色，故又称铁塔。 在这儿，我想和大家一起欣赏一下在全国重点文物保护单位中涉及到的部分北京地区的古代琉璃建筑。从这里我愿意和大家一起领略古代琉璃建筑在中国古代建筑的发展过程中，取得的辉煌成就。  图3 全国重点文物保护单位天安门
 图4 全国重点文物保护单位故宫  图5 全国重点文物保护单位北海中的琉璃建筑五龙亭
 图6 全国重点文物保护单位景山上的五个琉璃亭子 图7 全国重点文物保护单位天坛中的琉璃建筑祈年殿
 图8 全国重点文物保护单位颐和园中的琉璃建筑群  图9 全国重点文物保护单位智化寺 第二个方面，我想介绍的是古代建筑琉璃构件的历史价值与文化内涵。 图10 全国重点文物保护单位雍和宫中的琉璃建筑 在这方面，我想首先介绍一下琉璃瓦件款识所反映出的丰富历史信息。 在课题实施的过程中，在咱们故宫紫禁城的大院里收集的琉璃瓦件中，很多瓦件上都有不同内容的款识，对此我们做了一个统计，款识的种类将近有100种，这是我们以前没有想到的，种类竟然如此之多。为什么说古代琉璃构件承载着大量的历史信息？这绝非是泛泛而谈，在这里我把典型的琉璃构件款识作一个介绍。 从琉璃瓦件的款识，我们可以看到它包含了琉璃瓦件的烧制年代信息，有些是确切的烧制年代，如雍正八年、乾隆十三年、乾隆辛未年、嘉庆三年、嘉庆十一年、宣统年等：   图11 “乾隆辛未年制”款 图12 “宣统年官琉璃窑造”款 有的甚至给出了烧制的季节，如乾隆三十年春季造：图13 “乾隆三十年春季造”款 有的还给出了琉璃瓦件使用在紫禁城内哪个具体的建筑上，如斋戒宫用、宁寿宫等：图14 “雍正八年琉璃窑造斋戒宫用”款 嘉庆年烧制的琉璃构件款识内容更为丰富，给出了铺户（窑户）、配色匠、房头和烧窑匠的具体人名。在这些款识当中，我们看到了这样的款识，“嘉庆三年 窑户赵士林、配色匠徐益寿、房头陈千祥、窑匠许万年”、“窑户赵士林、配色匠许德祥、房头许万年、烧窑匠李尚才”，款识包含了满汉两种文字。这反映了嘉庆年间琉璃构件烧制的一种管理制度，即责任追究制度。这一点不同于清朝的其它时期。在琉璃烧造过程中，有三个主要技术环节被称为上三作，即配制琉璃釉料的釉作、设计与制作模具的吻作和负责窑炉烧制的窑作。 图15 “嘉庆三年 窑户赵士林 配色匠徐益寿 房头陈千祥 窑匠许万年”款 16 “窑户赵士林、配色匠许德祥、房头许万年、烧窑匠李尚才”款 在有关文献上我们看到，在嘉庆年间，负责管理琉璃烧造的工部营缮司规定，凡是为宫廷烧造的琉璃瓦件都要打上年号或上三作的姓名。上述款识便给出了烧制的年代，窑主和三个主要技术环节（上三作），即配色匠、房头和烧窑匠人名的信息。对于那些尽管只有窑户或铺户、配色匠、房头、烧窑匠，而没有年代款识的瓦件，我们仍可根据清代琉璃瓦件款识的规律与特点推断出它们也应是清代嘉庆年间的制品。 图17 “铺户程遇渠、配色匠张台、房头李成、烧色匠朱兴”款 图18 “五作陆造”款 这样的款识信息，为我们研究不同时期琉璃构件胎釉的原料变化、工艺特点、管理制度，提供了重要的历史资料。让我们再来看看琉璃构件的造型与时代的关系。 当你站在中和殿附近，观赏南边太和殿与北边保和殿正脊两端上吞脊兽的时候，你会看到太和殿上吞脊兽上的剑靶与保和殿上吞脊兽上剑靶的形状是不同的，太和殿上吞脊兽上的剑靶是左右对称的，而保和殿上吞脊兽上的剑靶左右并不对称，剑靶的顶部偏向了内侧，偏向了一边。原因是太和殿经历过大火，经历了多次大修，琉璃构件基本上换成了清代的琉璃构件，而保和殿则基本上保持了明代的建筑风格与明代的琉璃瓦件。吞脊兽上剑靶的造型，反映了不同时期人们的审美趋向，具有时代的特征。这里的吞脊兽不仅是建筑构件，安放在正脊两端的位置在功能上起着防止雨水渗漏的作用，在意念上还具有镇火的作用，当建筑物因天灾人祸起火时，它具有召水灭火的本领。 图19 太和殿上清代的吞脊兽 下面介绍一下琉璃建筑上垂脊兽的个数与建筑等级的关系。图20 保和殿上明代的吞脊兽 大家知道，琉璃建筑垂脊兽的个数通常对应着建筑物的等级。太和殿俗称“金銮殿”，是皇帝举行重大朝典的地方，这是故宫中最大的宫殿，也是规制最高、等级最高、规模最大的建筑，所以垂脊兽的数量也是紫禁城内各建筑物上数量最多的，有十个，它们分别是龙、凤、狮子、海马、天马、押鱼、狻猊、獬豸、斗牛和行什。 图21 紫禁城内最高形制的建筑太和殿有十个垂脊兽 而在清代，乾清宫作为皇帝处理日常政务，批阅各种奏章的地方，垂脊兽的个数是九个。图22 清代皇帝处理日常政务之地乾清宫有九个垂脊兽 在清代曾经住过雍正、乾隆、嘉庆、道光、咸丰、同治、光绪、宣统等八个皇帝的养心殿则有七个垂脊兽。图23 清代曾经住过八个皇帝的养心殿有七个垂脊兽
储秀宫等后妃居住的东西六宫上的垂脊兽为五个。
图24 储秀宫等后妃居住的东西六宫上有五个垂脊兽 而延晖阁作为清代宫廷遴选秀女进宫的地方，垂脊兽的个数只有三个。图25 清代曾为选秀女之地的延晖阁垂脊兽只有三个 再来看一下琉璃瓦件的形制规格与建筑物等级的关系。琉璃瓦件不同的形制规格还可反映出建筑物的等级与体量。从《大清会典》中可以看到，琉璃瓦件按其规格可分为“一样”至“十样”，十种不同的规格，最大的规格为“一样”、最小的规格为“十样”。但在紫禁城中清代重建过的太和殿上使用的琉璃瓦件也仅是“二样”，如果这里没有用“一样”的琉璃瓦件，那么在其它的建筑上应该说是不会使用的。同样在紫禁城内的琉璃建筑物上，也没有看到哪个建筑上使用了形制为“十样”的琉璃瓦件。这说明，尽管在清代的文献记录中有“一样”和“十样”的琉璃瓦件，但在实际使用中是没有的。查阅成书于明万历年间的《工部厂库须知》我们看到，在明代紫禁城中“二样”以上的琉璃瓦件确实是使用过的。不同的形制规格，对应着不同体量的古代琉璃建筑，太和殿大家都知道是在紫禁城最高级别的建筑，它的体量决定了它的瓦件是最大的琉璃瓦“二样”瓦，保和殿就是“三样”瓦。由此我们看到，琉璃瓦件的形制规格与建筑物的等级和相应的文化是有着一定联系的。 图26 不同形制的琉璃瓦件 最后介绍一下，不同颜色建筑琉璃所表达的中国传统哲学思想。白绿黑红黄、西东北南中、金木水火土，五色、五个方位与五行相互对应，而五行之间又存在着相生相克的关系。水生木、木生火、火生土、土生金、金生水，水克火、木克土、金克木、火克金、土克水。 金木水火土中，土为中、土为大，五行中的土对应着五色中的黄，五行中的火对应着五色中的红。紫禁城宫廷建筑的主体颜色为红黄两种，殿宇的屋顶为黄色琉璃构件所覆盖，而建筑物墙体的颜色则为红色，形成了红墙黄瓦的宫廷建筑风格。红色对应着五行中的火，黄色对应着五行中的土，从而形成了火生土的对应关系。 图27 红墙黄瓦的紫禁城 东方、绿色与五行中的木相对应，位于紫禁城东侧的南三所，为皇子居住之地，建筑群坐落在紫禁城的东侧，其建筑物的屋顶被绿色琉璃构件所覆盖。东方是太阳升起的地方，绿色与树木都象征着勃勃生机，寓意着后代子孙的兴旺延续。图28 绿色琉璃屋顶的建筑群南三所 黑色对应着五行中的水，水克火。位于紫禁城东南方向的文渊阁是清代收藏《四库全书》的地方，屋顶为黑色琉璃构件覆盖，其寓意为水克火，黑色琉璃瓦件在中国传统文化的层面上有其镇火的作用。图29 黑色琉璃屋顶的文渊阁 刚才我把琉璃构件的历史价值、文化内涵做了一个介绍。在我和大家一起梳理古代琉璃构件历史价值、艺术价值的过程中，大家可以看到，琉璃构件的历史信息、文化内涵非常丰富，同时我们说，它们又具有一些共同的特征，这一共性的特征概括起来有以下三个方面。第一，古代琉璃建筑是中国古代建筑的重要组成部分，在中国建筑发展史中占有重要的位置，而古代琉璃构件则是构成古代琉璃建筑辉煌成就的基本单元。第二，古代琉璃构件其丰富的文化内涵、艺术价值、历史价值的直接实物载体。第三，古代建筑琉璃构件具有可视性，是普通公众可以直接感受到的。但我们说它毕竟不是一般意义上的艺术品，不是陈设品，而是建筑构件，是整体建筑的一个最基本的单元，它在文化方面的内涵需要以整个建筑作为背景，要镶嵌在整个建筑的大的文化背景之中方可显现出来。上述所谈到的历史价值、文化内涵十分丰富，虽说凭着人眼的直接观察便可看到这些文化信息和历史信息，但由于没有受到人们的普遍关注，以致在平日里并没有使人对此产生深刻地感受。那么对于琉璃瓦件承载的科技信息，则是凭借人眼无法直接观察到的，若要使普通的公众了解它、认识它，则更需要我们文物科技工作者采用科学技术方法揭示和展示。 第三个方面，介绍一下古代琉璃构件承载的科学价值。 下面我讲一下在课题实施的过程中，课题组采用科学技术方法揭示出的古代琉璃构件所承载的科学价值。 在研究中，我们采用X射线荧光波谱、X射线荧光能谱、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光学显微镜、热膨胀分析仪等现代仪器分析方法，分别以琉璃构件的胎和釉为对象，对其元素组成、原料组成、显微结构、烧成温度、物理性能参数等进行分析测试。以这些数据资料为基础，我们认识和了解了古代先民在琉璃构件烧制过程中，是如何配制胎釉原料、如何把握各种工艺过程、如何控制烧制火候以及采用了怎样的窑炉技术。在对古代琉璃构件科技内涵进行揭示的过程中，古代先民在琉璃构件烧制过程中，体现出的聪明智慧和创造力，应该说是令人惊叹的。在当今采用先进的仪器分析方法揭示出来的科技内涵，在古代，先民们仅凭长期的实践摸索和丰富的经验积累，便对各种材料的性质认识的那么清楚、对烧制过程中的各个工艺环节把握的那样的恰到好处。 下面想通过六个方面来介绍一下古代琉璃构件所承载的科学技术内涵。 1．琉璃构件的铅釉与光泽 当人们站在景山公园万春亭上，向南鸟瞰15万平方米宫廷建筑群所构成的紫禁城画面的时候，人们会情不自禁地会发出金碧辉煌的赞叹。我们说，金碧辉煌的视觉效果来自于琉璃瓦件平整光滑的釉层表面，来自于琉璃瓦件釉面对太阳光的反射。 在现代陶瓷生产中，陶工为了获得高光泽度的釉面效果，通常都是通过选择具有高折射率的氧化物材料来达到这一高物理性能指标的。通过以下的表格我们可以对各种氧化物的折射率在量值上，有一个基本的了解。 反射率与折射率的关系可表示为：R=（n－1）2/(n＋1)2 式中R为反射率、n为折射率。从公式可见反射率随折射率的增加而迅速提高，因此釉层材料的折射率越高，釉的光泽度也就越高。 在现代陶瓷生产中，表1中折射率相对较高的氧化铅和氧化钛都可作为提高釉面光泽度的材料，但古代陶工在琉璃构件的生产中采用了氧化铅而未采用氧化钛。 这样的选择应该说是非常巧妙的，说它巧妙是因为两者虽然都是高折射率的材料，但两者的熔点却相差甚远，氧化铅的熔点仅为888℃，而氧化钛的熔点却高达1850℃，前者在烧制工艺上比后者要简便的多、要容易实现的多。同时氧化铅可降低釉料在熔化时的粘度，使釉料具有良好的流动性，易于形成光滑平整的釉面，更能增强高光泽度的效果。 据明代《工部厂库须知》中记载，在黄色琉璃釉料中“黄丹三百六斤 马牙石一百二斤 黛赭石八斤”。古代陶工为了追求高光泽的琉璃釉面效果，在配制釉料的过程中，添加了大比例的黄丹，也就是氧化铅。实验分析结果则对文献中的量值进行了验证，实验分析数据表明，在古代黄色琉璃釉中氧化铅的含量大约在60%左右。现代琉璃瓦件釉面的光泽度值一般大于100，历经数百年干湿冷暖和雨雪冲刷的琉璃釉面，因其长期地风化作用，昔日平滑的釉面已经失去了往日的平整而变得斑驳，其光泽度值通常仍能保持在60左右。而刚刚烧制好的非铅釉瓷器的光泽度值通常不会超过80，光泽度值为80的瓷器已经算是具有较高的光泽度了。 2．二次烧成工艺与琉璃构件的烧制 在陶瓷生产中，通常采用的工艺有两种。一种是在制好的陶瓷坯体上直接施釉、入窑，在较高温条件下一次烧制完成，此种工艺称为一次烧成工艺；另一种则是将制作好的陶瓷坯体入窑，在较高温度条件下先烧制成具有一定强度的素胎，而后，再在素胎上施釉，二次入窑，在较低温度条件下进行釉烧，陶瓷制品经二次烧制完成，这种工艺则被称为二次烧成工艺，唐三彩便是采用此种工艺。 在实验室采用热膨胀分析仪和高温显微镜，对紫禁城内清代琉璃瓦件胎的烧成温度和釉的熔融温度范围进行了测试，结果见表2。 通过上面的介绍我们知道，为了使琉璃瓦件釉面具有较高的光泽度，在琉璃釉中氧化铅的含量基本上都在50%以上，在这样的原料组成条件下，釉的熔融温度范围通常是落在750～950℃的范围内。而以煤矸石作为主要原料的坯体，SiO2的含量通常在50%的量值上波动，Al2O3的含量则在25%的量值上波动。要使具有这样原料组成的坯体达到一定的烧结程度，坯体的烧成温度一般要达到1000℃以上。为了解决这一对矛盾，先民们采用了二次烧制的工艺，即先在1000℃以上的较高温条件下先将坯体烧制成具有一定烧结程度的素胎，再将釉料施加在胎体上，二次入窑在较低温度条件下将低温铅釉烧覆在胎体上，巧妙地解决了这对矛盾。 3．古代先民对琉璃瓦件胎体烧结程度的把握 吸水率、体积密度、显气孔率是表征琉璃瓦胎体烧结程度的三个物理参数，与此相对应，胎体的烧结程度高、吸水率低、显气孔率低，体积密度就高。 那么，琉璃瓦件胎体的烧结程度与哪些因素有关呢？首先，与烧制时所耗费的燃料有关。胎体的烧结程度高，烧制的时间通常要长一些，烧制温度要高一些，所耗费的燃料便要多一些。其次，与素胎烧成后在胎体上施釉效果有关。胎体烧结程度过高，胎体的体积密度过高、显气孔率过低，胎体不易挂釉，施釉后二次入窑烧制后，琉璃瓦件表面的釉料仅是薄薄的一层，达不到所需的色泽效果。另一方面，胎体的烧结程度将影响胎体的强度。琉璃瓦件是功能性的建筑材料，尽管是铺盖在建筑物的屋顶上，但在运输过程中，在施工过程中以及在使用过程中，都需要琉璃瓦件具有一定的强度，胎体的烧结程度过小，将影响这种功能性材料的正常使用。在此次研究中发现，胎体的烧结程度不仅与琉璃瓦件的烧制工艺和燃料、施釉效果以及使用功能等三方面有关，胎体的烧结程度还影响到琉璃瓦件在使用过程中，表面釉层剥落与否。在对紫禁城内大量清代琉璃瓦件的分析研究中，看到了这样一个事实，琉璃瓦件胎体吸水率为9～13%的清代琉璃瓦件，至今釉面保存完好，而吸水率大于13%的琉璃瓦件则普遍釉面剥落严重，很多已经剥落到了无法重复使用的程度。 图30 吸水率为9～13%釉面保持完好的清代琉璃瓦件 究其原因，这与琉璃瓦件胎体的烧结程度有关。吸水率大于13%的琉璃瓦件具有较高的显气孔率，这在琉璃瓦件的使用过程中，会在经历北方冬季的时候，因雨雪等气候因素在胎体内形成冻融循环引起的胎体膨胀与收缩中，在夏季因雨水等环境条件因素在胎体内部形成的吸湿膨胀中，会因胎体内这种因素的影响程度的加大，而影响到琉璃瓦件表面釉层的剥落。图31 吸水率大于13%的剥釉琉璃瓦件 在清代的一些琉璃瓦件中，吸水率被控制在了9～13%的范围内，这样的琉璃瓦件至今釉面保存完好，甚至看不到有丝毫的剥落迹象。在紫禁城内有年款的琉璃瓦件可以看到，这样的琉璃瓦件有的是乾隆年间的制品、有的是嘉庆年间的制品、还有的是宣统年间的制品，这些琉璃瓦件与吸水率高的瓦件，甚至与民国或建国后的琉璃瓦件一起铺盖在紫禁城建筑物的屋顶上，在相同的气候环境条件下，经历了相同的干湿冷暖的四季变化，吸水率高的琉璃瓦件大多釉面已经剥落了，有些甚至已经剥落到了无法重复使用的程度，但那些胎体烧结程度把握得恰到好处的琉璃瓦件，其釉面却不失昔日的完整。在这样的事实面前，使我们不由地产生了许多的感慨。在当时的历史条件下，古代的陶工竟能在综合考虑上述方方面面相关因素的情况下，对各种问题认识的那么清楚，对各方面的影响因素把握的那么恰到好处。 4．低温铅釉呈色技术达到了很高的水平 在古代琉璃建筑中，为了赋予特定功能的琉璃建筑以不同的文化内涵，琉璃瓦件釉的颜色是多样的，并且同种颜色的琉璃釉其色调是有规定的，能够做到这一点，是基于古代陶工对釉料组成中各种原料性能的清楚认识和对烧制工艺的合理把控。 明代万历年间，时任工科给事中的何士晋编篡了《工部厂库须知》，虽然说当时编篡这本书的目的主要在于防止工程中出现贪污和浪费，但其记载的内容却为我们探究当时的工艺技术与原料配方提供了重要的资料。在这本历史文献中记载了黄色、绿色、黑色、蓝色、青色等琉璃釉的原料种类和各种原料的配制比例。 黄色：黄丹三百六斤 马牙石一百二斤 黛赭石八斤 蓝色：铅末一斤四两 焇十斤 马牙石十斤 紫英石六两 铜末十两 绿色：铅末三百六斤 马牙石一百二斤 铜末十五斤八两 青色：铅末七斤 焇十斤 马牙石十斤 苏嘛呢青八两 紫英石六两 黑色：铅末三百六斤 马牙石一百二斤 铜末二十二斤 无名异一百八斤 在课题实施过程中，我们利用现代仪器分析方法对各色琉璃瓦件釉料的化学组成进行了分析，所得结果相当于利用现代科技语言对上述琉璃釉料的配方做出了另一种形式的表述。这样的表述，对于深入解读古代陶工对原料和工艺的认识和把控，了解当时的工艺技术水平是非常重要的数据资料。 从各色釉的化学组成分析中可以看到，绿釉与孔雀蓝釉中的着色原料均为铜末。那么，为什么一个呈现的是绿色釉、另一个却呈现的是蓝色釉呢？这与釉料中助熔原料铅末的含量、与助熔剂的原料种类有关。在釉料中铅末的含量高，铜呈绿色，铅末的含量低同时加入一定量的硝酸钾时，铜呈蓝色。在绿釉中铅末与石英按3：1的比例配制而成，而蓝釉中铅末与石英的配比却成了1：8的关系，另外还加了10斤硝石来起到助熔和助色的作用。黑色琉璃釉则是通过铜、锰、铁、钴等金属着色氧化物共同着色产生的作用效果。青色（天坛蓝）琉璃釉的着色主要是氧化钴在硝酸钾的作用下呈现出的颜色结果。在两种蓝釉中都添加了一定量的萤石，其目的是使釉变得乳浊。琉璃釉为低温铅釉，但古代陶工在其釉料配方中，为了追求特定的颜色效果，在黄色釉、绿色釉和黑色釉中，铅与石英的比例均按照3：1的比例配制，且仅以铅做助熔原料，而在天坛蓝釉的配料中铅与石英的比例关系变成了1∶1.4，而在孔雀蓝釉中两者的比例关系甚至降低到了1：8的配比，并且在这两种蓝色釉料中均有意识地加入了相当量的硝石与一定量的铅共同作用起到助熔的作用，硝石在此还起到了助色的作用。 同时我们看到，在五种颜色的琉璃釉料配方当中，绿釉、青釉、孔雀蓝釉和黑釉这些颜色较深的釉料中，助熔剂铅的加入都是以铅末或曰铅粉，即碳酸铅的形式加入，而黄色琉璃釉中铅的加入是以黄丹，即氧化铅的形式加入。从成本上讲，碳酸铅是自然界存在的一种天然矿物，在其矿物当中不可避免的要含有一定量的杂质成分，这样的杂质成分会对浅颜色黄釉的颜色效果产生影响，故而采用铅纯度高的黄丹，而不用这种天然矿物。应该说在配料的时候，古人还是考虑了黄丹与碳酸铅的成本因素，并非处处不惜工本，在其它几种釉的配料当中，采用了容易得到的矿物原料碳酸铅。 图32 五种不同颜色的琉璃瓦件 介绍到这里，我们不能不再次为古代陶工的智慧和丰富的经验而感叹。采用现代科技方法分析测试，利用现代陶瓷工艺学的原理来解读的问题，先民们却在当时的技术条件下，对各种原料性能的认识已经达到了相当的水平，对工艺的把握已经达到了得心应手的程度。5．化妆土技术在元代琉璃构件烧制过程中的巧妙使用 在对北京地区不同时期各色琉璃瓦件分析的过程中看到，胎体中Fe2O3的含量元代、明代、清代三个不同时期是呈下降趋势的。元代样品中Fe2O3的含量在4.5%左右，明代在3%左右，而到了清代则基本上降到了2%左右。含铁量低的胎体，胎色较浅，白中泛黄，以此为基础施釉，釉色成色自然，易于把控。而含铁量高的胎体颜色呈暗红色，若在暗红色的胎体上施以半透明的铅釉，无法实现所需的颜色效果。在课题研究中涉及到的元代孔雀蓝琉璃瓦件胎体颜色全为暗红色。元代陶工采用含铁量高的原料作为胎体的原料一种可能是就地取材，另有一种可能便是受到当地原料资源的限制，不得已而为之。 为了解决这个问题，元代陶工采用了以往在陶瓷烧制中使用的化妆土技术，即在暗红色的胎体上，施上一层厚度不足2毫米的含铁量低的白色原料，用以遮盖胎体的颜色，而后再在化妆土上施釉。分析结果表明，化妆土所用的原料是一种含铁量小于1%，颗粒较细，并且矿物组成不同于胎体的硅酸盐材料。元代陶工很智慧地解决了这一问题，为我们后人呈现出华丽孔雀蓝釉色的同时，还展现了化妆土技术这种特殊的工艺手段。 图33 采用化妆土技术的元代孔雀蓝琉璃瓦件 6．烧制琉璃构件的专用窑炉车棚窑我们说，瓷器是火与土的艺术，讲的是创造瓷器艺术品的两个最重要的因素、原料和烧制技术。此话对于建筑琉璃瓦件同样适用，烧造出优质的建筑琉璃瓦件离不开适合的原料、合理的烧制设备与技术，因此清代嘉庆年间官家要求在琉璃瓦件的款识上注明烧窑匠的姓名。烧窑讲的是火候温度的控制、对烧制气氛的把握，然而前提是要有设计合理的窑炉。 图34展示的窑炉是位于北京门头沟专门用于烧制琉璃构件的窑炉，这种琉璃窑自清代便在门头沟使用，一直沿用至今。这种窑在外形上不同于北方通常使用的外形呈馒头状的“馒头窑”，而是一种窑门如同马车上的车棚子形状的窑，当地人就直白地把这种窑称为“车棚窑”。车棚窑是一种连体窑，一个门洞里面便是一孔独立的窑，孔孔相连。就其结构原理应属于半倒焰窑，火床位于窑炉门里侧的底部，燃料被点燃后，火焰升入窑炉的顶部，然后自上而下经过码放有序的瓦件到达窑床，接着火焰平行地贴着窑床到达窑炉的后部，自烟囱排出。车棚窑虽因窑门酷似车棚，而被称为车棚窑，但它的特点其实并不在于此。车棚窑的主要特点是每孔窑炉之间，既相互独立，又彼此关联，窑与窑之间窑壁共用。我们设想，如果是彼此独立的窑炉，八孔窑两侧的窑壁就需要有十六面。而连体琉璃窑则仅需九面窑壁即可，极大地节省了建窑所用的材料，降低了烧窑所用成本。特点还不仅于此，我们说，相对独立的琉璃窑属于间歇式窑炉，也就是说每一窑的琉璃瓦件从装窑后开始烧窑升温，到产品烧成后灭火降温出窑这一过程是一个周期性的过程，两个烧制周期之间就窑炉而言有一个间歇，有一个时间上的间断。这样的过程相比现代隧道窑而言，燃料耗费得多，在一定的程度上会造成燃料上的浪费，现代隧道窑整个烧制过程从入窑到出窑是一个连续的过程，不经历点火升温和灭火降温这样一个周期性的过程，燃料耗费比通常的间歇式窑炉要少。连体式车棚窑在此显现出来的特点在于，合理地安排各窑的装窑和出窑时间，一侧窑炉点火升温的时候，对位于另一侧准备装窑烧制的窑炉而言，则起到了一个预热窑炉的作用，窑与窑之间相互作用、相互影响，起到了减少燃料消耗的作用。同时，连体式的车棚窑可以大批量的烧制琉璃瓦件，以满足修建宫廷建筑与皇家园林建筑时对大批量琉璃瓦件的需求。 图34 北京门头沟烧制琉璃构件的车棚窑 图35展示的是一孔正在烧制琉璃瓦件的窑炉，上边的长方形孔洞被称为“神仙眼”，凭借这一孔之洞，陶工便可知道窑内的温度，便可掌握柴草等燃料的添加。为使窑内达到较高的温度，保证胎体的烧结程度，烧窑时所用的燃料是煤。而为了避免烧煤时煤灰对琉璃瓦件釉面的沾污，在釉烧时，陶工们则用柴作为窑炉的燃料。图35 正在烧制琉璃构件的窑炉 刚才我通过科技分析方法所得实验数据、通过相关文献资料，利用陶瓷工艺学的原理以及文物科技研究的一般方法，对古代琉璃瓦件所承载的科学技术内涵进行了揭示，通过我的梳理和介绍，希望大家能对我们古代陶工在烧造建筑琉璃构件过程中反映出的聪明智慧和创造力有所了解。并且这样的很有价值的信息资料是被具体的一块一块琉璃瓦件所承载，从而进一步认识到琉璃瓦件的珍贵，认识到认真保护的重要意义。在对古代琉璃瓦件的科技价值进行介绍之后，我想说尽管琉璃瓦件承载的科技价值是多方面的，但它们也有其共同的性质和特征，这方面的特征主要有以下三个方面。 第一个方面，古代建筑琉璃构件的科学价值具有不可视性，看不见，摸不着，但是它实实在在存在，普通公众不可能通过对构件的直接观察了解其价值的存在。 第二个方面，建筑琉璃烧造技术，即使以目前所见，最早记载琉璃烧造的《魏书》为起点，至今也已经有1400多年的历史了，其间经历了无数次的生产实践，经历了不断地发展和完善，我们说今天我们所看到的每一项技术上的进步与成就，都是古代先民克服了千百次的生产实践、经历了千百次烧制过程中遇到的挫折与失败，是智慧的结晶，是百折不挠民族精神的一种体现。 第三个方面，建筑琉璃烧造技术的发展，可以说是中国古陶瓷发展的一个侧面，不是独立产生和发展的，它是中国古陶瓷发展一个缩影，同时它又其自身的特殊性。比如说烧结程度的把握、釉色与文化内涵的关系、光泽上的特殊考虑、形制上的严格要求、窑炉烧造技术等。 二、古代建筑琉璃构件科技保护研究 刚才我从人文和科技两个层面对古代建筑琉璃构件所承载的价值进行了介绍。此时，我想我们再来谈对古代建筑琉璃构件的科技保护问题，大家也就明白了此项工作的重要意义。 首先我谈一下本次科研课题的研究目标是如何确定的。 在开展古代建筑琉璃构件的科技保护工作的时候，我们首先面临的问题是搞清在古代建筑琉璃瓦件的保护方面存在着什么样的病害?因此，在课题实施的初期，课题组对全国16个省市和地区进行了实地考察，考察结果发现古代建筑琉璃构件的病害问题主要表现在六个方面。这六个方面包括：断裂、污染、泛霜、变色、剥釉、酥解。 断裂，此处所说的断裂主要是指较大型的琉璃构件，因意外事件造成的整体构件断开成几块的状况。 污染，因与琉璃构件相连的金属材料锈蚀等外界因素造成的琉璃构件表面的不同程度的颜色改变。 泛霜，因琉璃构件胎体材料中或与构件相连的周围土壤中，含有可溶性盐，遇水溶解后通过构件体内毛细管结构被带到构件的表面，随着水分在空气中的蒸发，水溶性盐在构件的表面沉积下来形成了白色的粉状物质，这一现象被称为泛霜。泛霜会严重地影响构件的外观，会加大胎体内部的膨胀作用，以至影响胎釉的结合强度，造成表面釉层和胎体自身的剥落。 变色，因环境因素造成的琉璃瓦件表面釉层颜色的改变。 剥釉，因琉璃瓦件烧结强度等自身质量原因和环境因素造成的表面釉层剥落的现象。剥落后的琉璃瓦件，不仅影响装饰效果，而且影响阻水等功能性作用。 酥解，琉璃构件表面釉层发生剥落后，胎体暴露在大气环境中，因风化作用造成胎体酥松，甚至出现粉状或片状剥落的状况。 在考察过程中我们发现，尽管说琉璃瓦件在使用过程中表现出来的病害有方方面面的不同情况，但是最普遍、影响最为严重的病害主要是琉璃瓦件表面釉层剥落的问题。上面谈到的断裂、污染、酥解、泛霜和变色等病害现象毕竟是个案，仅发生在某些地区，某些个别的建筑上。但是琉璃瓦件表面釉层的剥落问题，却是非常普遍、非常严重的一种病害现象。故宫的琉璃建筑有这种情况，明代十三陵的琉璃建筑有这种情况，位于河北的清东陵、清西陵、承德的避暑山庄与外八庙，位于河南的开封铁塔，位于湖北的武当山，位于山西的五台山，位于广东佛山的祖庙以及位于台湾的龙山寺的琉璃建筑都严重地存在这一问题。 我们上面说过，琉璃构件的作用不仅仅是一种功能性的建筑材料，它还承载着丰富的文化内涵。它的釉色本身就是中国传统哲学思想的一种体现，一旦釉层剥落了，并且是大面积剥落了，那么就失去它应该起到的装饰作用和所承载的文化内涵。我们不可能通过一个课题，就解决上面谈到的所有病害问题，加上国家科技部规定给课题组的完成时间也只有两年，所以这次课题我们就把研究的重点放在了解决琉璃构件表面釉层剥落的问题上了。 下面谈一下古代琉璃瓦件剥釉机理方面的研究工作。 我们说，要治病首先要查清病因，要搞清楚是什么原因造成了琉璃瓦件表面釉层的剥落。为什么剥釉？我们说它的病因不外乎两个方面，一个是外因一个就是内因。刚才我在对琉璃瓦件科学价值揭示的过程中介绍了清代一些琉璃瓦件的情况，有些瓦件历经数百年至今釉面保存完好，但是我们也看到有一些清代烧制的琉璃瓦件、有些甚至是近几十年烧制的琉璃瓦件表面釉层却剥落的十分严重。但是它们在使用的过程中所享受的“待遇”是一样的，都处在相同的气候环境中经历了同样的日晒雨淋、干湿冷暖的四季变化，并不是说至今未剥釉的琉璃瓦件，享受了特殊的“待遇”，放在库房里作为珍贵藏品收藏着、保护着。事实上并不存在这种情况，所有的琉璃瓦件都铺设在了建筑物的屋面上，经受着同样的环境考验，经受着同样的环境因素的影响，那为什么有些没有剥釉，而有些却剥釉严重呢？这样的事实，引导我们首先在琉璃瓦件内在因素上查找剥釉的原因。 在对琉璃瓦件剥釉机理内在因素的分析研究中，我们以剥釉严重的琉璃瓦件和至今釉面保存完好的古代琉璃瓦件为对象，对两类琉璃瓦件的胎体烧结程度和胎釉热膨胀系数的匹配关系两个方面进行了测试分析，实验得到了下面的结果。 1．琉璃瓦件胎体烧结程度与釉面保存状况的关系 在实验中，对从清代乾隆到宣统年间釉面保存完好的15个琉璃瓦件和40个清代不同时期釉面剥落严重的琉璃瓦件，胎体烧结程度与釉面保存状况进行了对比分析研究，结果发现了一个重要的规律，釉面保存完好的琉璃瓦件，吸水率都落在了9～13%的范围内，而釉面剥落严重的琉璃瓦件，胎体的吸水率全都大于13%，图36很直观的反映了这样一个规律。 图36 釉面保存状况与琉璃构件吸水率关系散点图 我在前面已经做了介绍，吸水率是一项表征琉璃瓦件胎体烧结程度的物理参数，上面的规律告诉我们，胎体的烧结程度是影响琉璃瓦件表面釉层剥落与否的重要因素。在这样的规律面前，使我们想到了另外的两个问题，首先想到的问题是为什么胎体的吸水率大于13%的琉璃瓦件表面釉层易于剥落？另一个问题是如果进一步提高胎体的烧结程度，使胎体的吸水率进一步降低，那么又会出现什么样的情形呢？在为这样两个问题寻找答案的过程中，我们走访了当时正在为故宫博物院古建修缮工程烧制琉璃瓦件的北京门头沟琉璃窑厂的技术人员，参阅了现代陶瓷工艺方面的科技文献，参加了有关《烧结瓦》国家标准制订工作的相关学术会议。我们对这个问题的解释是，胎体的吸水率大于13%时，对应于吸水率的物理参数显气孔率也随之加大，胎体的强度降低，影响琉璃瓦件的正常使用。同时显气孔率高，当环境中的水渗入胎体后，在夏季会造成较大程度的吸湿膨胀，在冬季则会造成较大程度的冰冻膨胀。具有一定显气孔率的胎体膨胀了，而与胎体连为一体的釉层是一种玻璃态的物质，釉层并不因环境中水的作用而产生相应的膨胀。胎体膨胀了，釉层没有膨胀，此种情况下，便出现了类似于大胖子穿小衣服的情形，这种情形必然会造成表面釉层的开裂，或是进一步加大原有裂纹的开裂程度，为釉面的剥落埋下了隐患。 那么在烧制的时候，如果进一步提高胎体的烧结程度，进一步降低胎体的吸水率，使吸水率降低到小于9%的程度，又会出现什么样的情形呢？窑厂的工人告诉我们，首先这样做会增加燃料的耗费量，提高了瓦件的成本，同时，胎体烧结程度过高，在施釉的时候挂不住釉。在此我们设想，如果胎体的烧结程度过高，胎体的显气孔率过低，在施釉时形成的情形，夸张地说便如同在一块近似于玻璃板上施釉，釉料难以渗入其中，经过低温釉烧后，尽管胎釉之间会形成薄薄的反应层，但是两者的结合力很弱，形成的釉面也是薄薄的一层，在使用的时候容易造成釉面的剥落。同时也难以满足琉璃瓦件色泽上的要求。 胎体烧结程度适当的胎体则不然，显气孔率适当，施釉时釉料易于渗入胎体，这种物理渗透的效果如同是釉面在胎体里打入了无数个桩子，再经低温釉烧，胎釉之间形成了适当厚度的反应层。作用的效果是增强了胎釉间的结合强度，釉层厚度适中，使其釉面色泽也得到了应有的保障。 2．胎釉热膨胀系数匹配关系对釉层剥落的影响 通过对15个釉面保存完好琉璃瓦件和16个剥釉严重的琉璃瓦件胎釉热膨胀系数的测量。得到了表4和表5的结果。两个表的结果反映了31个两类琉璃瓦件胎釉热膨胀系数的匹配关系。 表4中15个釉面保存完好的琉璃瓦件胎釉间热膨胀系数的匹配关系为，有3个样品釉的热膨胀系数略小于胎，釉呈压应力状态，其余12个样品釉的热膨胀系数都大于胎，也就是说釉是呈张应力状态。表5的16个釉面剥落严重的琉璃瓦件胎釉间的热膨胀系数的匹配关系为，釉的热膨胀系数都大于胎，也就是说釉全都呈张应力状态。这样的结果告诉我们，两类琉璃瓦件胎釉之间热膨胀系数间的匹配关系呈现出了共同的规律性，即釉基本上都呈张应力状态。这样的结果是对紫禁城清代琉璃瓦件中，釉层剥落严重与釉层保存完好的这两类样品，在釉层表面都出现龟裂纹这种现象的理论解释。 同时我们看到了另一个规律，釉层保存完好的样品与釉层剥落严重的样品相比，前者的胎釉热膨胀系数的匹配关系普遍要优于后者，这反映在与剥釉严重的样品相比，釉层完好样品胎釉热膨胀系数间的数值更为接近。这样的规律似乎暗示着我们，琉璃瓦件胎釉两者间热膨胀系数匹配关系的优劣，同样是影响琉璃瓦件釉层剥落的重要因素之一。 我们说，如果质量较差的琉璃瓦件放在适当的保存环境中，它可能会被长时间的保存也不会出现釉面的剥落。应该说，琉璃瓦件釉层的剥落，内因是关键，外因是条件，如果没有外界恶劣环境条件的作用，釉层剥落的发生是可以避免或是可以延缓的。那么，哪些环境因素是影响瓦件釉面剥落的重要因素呢？我们认为主要有两种影响因素。 首先我们讨论急冷急热作用过程对琉璃瓦件釉层剥落的影响。 一般来说这种现象发生在夏天，正当烈日当空的时候，却突然间乌云密布，接着暴雨就下来了，夏天建筑屋面的表面温度是非常高的，常常不是我们感觉到的30多度，而是60多度甚至到70度。在这么高的温度条件下，一场暴雨下来，那就是一个急冷的过程，乌云过去又是烈日当空，又是急热的过程，这种急冷急热的过程考验的是什么呢？是胎和釉热膨胀系数的匹配关系是否合理，什么叫合理？我们说最理想化的是什么呢？胎和釉的热膨胀系数基本相当，当发生热胀冷缩时，热的时候胀的幅度一样大，冷的时候收缩的幅度也一样大，它们彼此之间的关系，说得直白一点就是不较劲儿。在这种理想的状态下，若发生急冷急热的情况，这种影响因素便不会对瓦件的釉层剥落造成影响。但在实际烧制中，由于胎釉原料上的差异，胎釉原料中有些材料对各自热膨胀系数的影响相差甚远，因此在实际的琉璃瓦件中，胎釉热膨胀系数的匹配关系表现为，釉所呈现的状态不是张应力状态便是压应力状态。在这种情况下，若胎体收缩大，釉面收缩小时，釉层要承受的是压应力；反过来，如果胎的收缩小，釉面收缩大，釉层便要承受张应力。用陶瓷工艺学的理论来解释，急冷急热检验的是釉层的抗热震性。 从刚才我们对琉璃瓦件胎釉热膨胀系数匹配关系对釉面剥落影响的讨论中，我们得到的结论是琉璃瓦件胎釉热膨胀系数的匹配关系是影响琉璃瓦件表面釉层剥落的重要因素之一。而急冷急热的环境因素是对这种匹配关系的一种检验，因此我们说急冷急热的环境因素同样是影响釉层剥落的重要因素之一。 下面我们再来讨论冻融循环作用过程对釉层剥落的影响。 刚才我讲了，在胎体烧制的过程中，为了工艺上的考虑，要使琉璃瓦件胎体有一定的显气孔率。但当具有一定显气孔率的胎体在自然环境中使用的时候，它便会吸收环境当中的水分产生吸湿膨胀，这是大家知道的一个基本常识。吸湿膨胀现象主要是发生在夏季，若是在冬天，就不仅仅是产生吸湿膨胀的问题，还要加上一个冰冻膨胀。我们说水在4摄氏度的时候密度是最大的，再提高温度或是降低温度，它的密度都会减小，结冰的时候，是冷胀热缩，不是热胀冷缩，水的性质跟金属材料不一样，我们在北方生活的时候会看到，冬天的水缸常常发生炸裂，怎么炸裂的？是因为里面的水结成了冰。纯净的水结冰以后，它体积要发生膨胀，膨胀的程度与原来的体积相比增大了约9%。缸的大小是固定的，里面的水变成了冰，体积产生了大幅度的增加，最后的结果是把缸撑裂了。返回来，我们再说琉璃瓦件，琉璃瓦的釉层表面形如乌龟的外壳一样，布满了大大小小的裂纹，很多裂纹都一直通到了胎体，形成了环境中的水进入胎体的一个途径。如果胎体的显气孔率大、气孔多，外界的水就渗入的多，水结冰时便会造成胎体的膨胀。釉是玻璃体，它的显气孔率和吸水率非常非常低，我们夸张点说它的显气孔率近乎为零，釉层并未因水的渗入结冰发生膨胀。胎膨胀，釉不膨胀，他们之间就会彼此较劲。最后的结果是什么呢？水结冰胎体膨胀了，冰融化了胎体又收缩，接着又膨胀又收缩，这种冻融过程的收缩与膨胀，周而复始，年复一年的循环发生，最后造成了釉面上新裂纹的出现和原有裂纹的进一步扩大。在施釉和烧制过程中，釉料向胎里渗透形成的小桩子，在烧制完成时，釉面裂纹较少，此时一块釉面下由无数个这样的小桩子把釉和胎紧紧地结合在了一起。经历了无数次地冻融循环之后，大块的釉面被分解成了若干个小的釉面，小块釉面下的小桩子则是比较少的，有的小块釉面的下面甚至出现了没有小桩子的情况，致使胎釉结合力变弱，最终导致釉面一块块地从胎体上剥落了下来。刚才在讨论胎体烧结程度对釉面剥落影响时看到的规律，结合对外界环境因素的分析，应该说冻融循环是造成琉璃瓦件釉面剥落的重要外界环境因素。 总结一下我们对琉璃瓦件釉层表面的剥釉原因主要有两个方面，就内在因素而言主要是胎体烧结程度和胎釉热膨胀系数匹配的优劣；外界环境因素则是发生在冬天的冻融循环和发生在夏天的急冷急热的作用。 接下来我介绍一下在剥釉古代建筑琉璃瓦件保护技术方面的研究工作。 在故宫武英殿大修的时候，我在施工现场看到了一堆一堆剥釉严重的琉璃瓦件。在和相关人员的交谈中以及在文献的查阅中我了解到，对这些剥釉严重琉璃瓦件的处理方式通常有三种。 图37 堆放在武英殿大修工地的剥釉琉璃瓦件 一种方式是当琉璃瓦件表面釉层剥落程度达到50%以上的时候，便当作建筑垃圾丢掉了，屋面缺少的瓦件用新烧制的琉璃瓦件替代，我想这种方式是大家所不愿意接受的。刚才我们介绍琉璃瓦件承载着那么丰富的科技文化内涵，如果作为建筑垃圾丢掉实在是太可惜了。这些琉璃瓦件是历史上某一个时期的产物，是反映当时历史与文化的实物载体，是不可再生的，如果当琉璃瓦件的胎体还保存完好，仅是表面釉层出现了剥落的情况下就被丢掉，那么维修一次就丢掉一批，久而久之紫禁城建筑物的屋面就会被新的琉璃瓦所覆盖，古老的故宫也将会变得“焕然一新”，那么建筑本身也就变成了古代建筑的模型，如果这种情况成为一个普遍的现象，那么故宫还能称为故宫吗？那岂不成了“新宫”了吗？另外一种做法是把剥釉琉璃瓦件拉到琉璃窑厂，重新施釉重新进行釉烧。在查阅清代乾隆年的《奏销档》时我们看到，乾隆四十年对紫禁城内雨花阁进行修缮时，就曾对4593块剥釉琉璃瓦件进行了施釉重烧。在《乾隆会典则例》中规定：“用旧琉璃色釉脱落重新掛釉，照前定例价值铅斤，俱七折覆给”，嘉庆年间的《钦定工部续增则例》也有类似的规定：“用旧琉璃色釉脱落重新掛釉照定例价值铅觔俱七折核给”，可见在清代对剥釉琉璃瓦件进行施釉重烧已经成为一种常规的做法。在近些年的古代琉璃构件保护工作中，山西古建所曾做过施釉重烧的尝试，北京颐和园管理处也做过类似的探索。我们说这种做法在一定程度上解决了剥釉老瓦的重复使用问题，但就技术方法而言却还存在着一定的缺陷。刚才，在我们讨论琉璃瓦件剥釉机理的时候得到了这样的结论，造成琉璃瓦件表面釉层剥落的重要内在原因是胎体的烧结未达到一定的程度。对清代琉璃瓦件而言，当胎体的烧结程度较低、显气孔率和吸水率较高的时候，瓦件表面釉层易于剥落。但是按照上面介绍的第二种方式对剥釉老瓦直接进行施釉重烧，从表面上看这种办法似乎是已经解决了剥釉的问题，但由于产生剥釉的病因并未消除，胎体的烧结程度并未改善，胎体生烧的问题没有解决，这将导致施釉重烧后的琉璃瓦件，在重复使用的过程中，经受不住外界环境因素的作用，特别是在经历了反复地冻融循环之后，极易旧病复发，出现再次剥釉的情况。 第三种方式就是把古代剥釉琉璃瓦件拉到窑厂，先高温复烧胎体，以改善胎的烧结程度，再在改善后的胎体上施釉进行釉烧。这种做法应该说是在第二种方式上的一种改进，一种进步。第三种做法虽说在方法上更为合理，但也还存在着一定的问题。我们说与胎体烧结程度相关的因素主要是两个方面，即原料和烧成温度。如果在不了解原料的组成，不了解当时烧成温度的情况下，对胎体的高温复烧便具有一定的盲目性，这种情况下的高温复烧很可能达不到期望的效果。所以第三种做法也还是存在一定的缺陷。 我们在对剥釉古代建筑琉璃瓦件的保护技术方法进行研究的时候主要有两点考虑。 第一点我们说，当普通的游人进入故宫以后，他希望看到的是历经数百年的宫廷建筑群，同时他还希望看到的是古代宫殿所用的砖砖瓦瓦都是由古代工匠烧制的，是原汁原味的故宫。经常有这种情形发生，有的朋友问我，你们故宫展室里的文物是真的，还是复制品？我心里想，你不研究文物鉴定，即使是文物复制品你也识别不出来，应该说大多数游人是没有能力对展品文物的真假属性进行分辨的，但这反映了公众的一种文化心理，他们希望看到的是真东西。我们说就目前而言，在紫禁城内留存下来的古代琉璃构件还是比较多的，而故宫以外的其它地方这种与宫廷建筑密切相关的古代琉璃瓦件并不多，弄来弄去这些古代琉璃瓦件都将会成为稀罕物。如果老百姓来到故宫，看到的都是古代琉璃建筑的“模型”，琉璃瓦件基本上都是新的，我想那种心理感受是不佳的。这种普遍的大众心理，为我们设计剥釉古代琉璃瓦件保护技术方法的过程中提出了文化层面的要求。 另外也有文物界的人士跟我说，如果你们在对胎体进行高温复烧的过程中，复烧的温度高于历史上的烧制温度，那么你们就改变了琉璃瓦件在烧制时受热方面的历史信息，就改变了胎体原有的显微结构信息。提出这样要求，确实给我们出了难题。但我们觉得我们的研究工作要根据不同层面人士提出的不同保护要求，来作为我们工作的指导方针，所以我想刚才谈到的两点应该是我们在确定保护技术方案时需要考虑的问题吧。 根据这样的考虑，我们针对剥釉古代琉璃瓦件的保护问题研究了三种不同的剥釉保护技术方法。在对三种技术方法的研究中，我们的基本思路是，在琉璃瓦件剥釉机理内在因素的研究中，揭示了导致琉璃瓦件表面釉层剥落的两个主要因素。其一、胎体烧结程度较差、显气孔率过高；其二，胎釉热膨胀系数匹配不佳。针对釉层剥落的两个主要因素，施釉重烧保护技术的基本思路是：第一，通过对胎体的高温复烧改善胎体的烧结程度，避免或减小因胎体显气孔率高，吸湿、冰冻膨胀大对釉层剥落的影响；第二，通过调整胎釉热膨胀系数的匹配关系提高琉璃瓦件的抗热震性，同时避免或减少釉层表面的裂纹；第三，借鉴元代琉璃瓦件烧制时采用的化妆土技术，研发一种中间层材料，使这种材料的热膨胀系数介于胎与釉之间，改善两者间的匹配状态，减少釉面裂纹，阻止外界水向胎体的渗入。这三种技术方法分别是，提高胎体烧结程度施釉重烧保护技术、直接施釉重烧保护技术、施加中间层施釉重烧保护技术。下面我分别向大家介绍。 1．提高胎体烧结程度施釉重烧保护技术 这种技术的提出不是一种发明，而是在原有技术上的一种改进，这一技术的核心思想是通过对欠烧的琉璃瓦件胎体进行高温复烧，改善原有胎体的烧结程度，改善造成瓦件表面釉层剥落的内在病因。以往的高温复烧方法，是在并不了解剥釉瓦件胎体所用材料和烧成温度的情况下进行的，带有很大的盲目性。盲目的高温复烧，可能会出现因复烧温度过高，致使胎体烧结程度过高，甚至出现胎体变形无法使用的情况。 针对这种情况，我们首先对紫禁城清代剥釉琉璃瓦件胎体的元素和原料组成进行分析测试，对胎体的烧成温度进行分析测试，在此基础上建立起原料、烧结程度、烧成温度与款识之间的关系，尽管胎体的上述状况不能与款识建立起一一对应的关系，但是整体而言，同一批款识的琉璃瓦件，它们在原料上，在烧结工艺上还是有着很多共同的规律的。对于欠烧的胎体，欠烧到什么程度，根据对欠烧胎体分析测量得到的数据资料，决定我们在高温复烧时所需要提高的温度。 我们把在紫禁城内收集到的琉璃瓦件做了分析测试以后，发现这些琉璃瓦件胎体在元素组成上大致可以分成两类，在一类样品中SiO2的含量都小于64％，而Al2O3的含量都大于28％。另一类样品中SiO2的含量基本上都大于64％，Al2O3的含量都小于28％。也就是说，一类三氧化二铝高，另一类二氧化硅高。我们知道三氧化二铝的熔点是2050℃，二氧化硅的熔点是1700℃左右，一个熔点高，一个熔点低，两者在原料配比上的差异，会对胎体烧成温度造成影响。在原料组成上有所差别的材料，我们又做了一个统计，表面釉层不剥落的高铝样品，平均烧成温度是1065度，而表面釉层不剥落的高硅样品的平均烧成温度是1035度。这样的话，我们在复烧的时候就有了高温复烧的工艺条件，就可以根据不同的材料采用不同的复烧温度。在这项复烧技术研究的过程中，我们注意到，高温复烧的结果是胎体的烧结程度提高了，欠烧的程度改善了，但在这一过程中不可避免地会产生胎体的收缩。最大限度的改善胎体的烧结程度，同时又将胎体的收缩控制在一个允许的范围，这是一对矛盾，这里有一个度的把握。在考虑收缩问题的时候，我们走访了实际的施工人员，收缩需控制在小于3个毫米这样的范围之内，而高温复烧过程中，在改善胎体烧结程度的同时，把胎体的收缩控制在3毫米的范围内是可以做到的。 2．直接施釉重烧保护技术 直接施釉重烧保护技术的基本思想是，不对剥釉琉璃瓦件的胎体进行高温复烧，避免复烧的高温过程对胎体原有工艺信息的干扰，只是通过调整胎釉热膨胀系数的匹配关系，提高琉璃瓦件的抗热震性，减少瓦件釉面的裂纹来实现对剥釉琉璃瓦件的保护作用。 刚才在讨论剥釉机理时，我们说琉璃瓦件胎釉热膨胀系数之间的匹配关系是导致瓦件釉层表面出现裂纹的直接原因。紫禁城内的清代琉璃瓦件釉层所承受的应力主要为张应力，所以在琉璃瓦件的釉层表面出现了形同于龟背纹似的裂纹，并且这些裂纹贯穿于整个釉面直到胎体，形成外界水分进入胎体的路径。在考虑调整剥釉琉璃瓦件胎釉热膨胀系数匹配关系的过程中，由于胎体的热膨胀系数受原料和工艺的影响已经基本上成为了固定的数值，调整胎釉热膨胀系数间的匹配关系，很大程度上是要依赖于对琉璃釉的调整。 清代琉璃瓦件所用的釉料是传统的低温铅釉，氧化铅的含量通常高达50％以上。氧化铅是一种具有熔点低、光泽性好、热膨胀系数高、具有毒性的助熔材料，传统铅釉釉烧具有温度低、光泽性好、热膨胀系数高等几方面特点。研发出具有光泽度高、釉烧温度适当、热膨胀系数低的仿古熔块釉是一项难度很大的研究工作，在我们的课题研究中对这一问题进行了初步地尝试。 在研究中，一方面采用预制熔块的方法，使氧化铅与石英粉熔融生成硅酸铅，降低其毒性；另一方面利用混合碱效应替代氧化铅的作用，通过长石、锂云母、硼砂、方解石、菱镁矿等材料的引入，达到增加釉的流动性、降低釉烧温度、增加釉层表面光泽的作用。 在课题实施过程中，我们共研发了4种可供选用的熔块釉，它们各自的特点可从表6中看到。 改善胎釉热膨胀系数匹配关系的施釉重烧保护技术的特点在于，实施起来方法比较简单，整个过程未对胎体的焙烧历史造成影响，使古代琉璃瓦件的固有工艺信息得到了更为完整的保护。将剥釉古代琉璃瓦件表面处理干净，直接在胎体上施釉，入窑后在低温的条件下仅通过一次釉烧就可完成。由于釉烧温度低于胎体在历史上的焙烧温度，因此不会对胎体热事件的历史造成干扰。 从表6中可以看到，仿古琉璃熔块釉的光泽度值因铅含量的降低而低于目前新烧制的琉璃瓦件。在讨论低温铅釉与表面釉层光泽度关系时我们看到，新烧制高铅釉琉璃瓦件的光泽度值都大于100，清代的琉璃瓦件光泽度值普遍在60左右。仿古琉璃熔块釉的光泽度值在70～90之间，低于新烧制高铅釉琉璃瓦件，高于清代琉璃瓦件。有人说，故宫大修后琉璃建筑表面太亮，但几年以后随着釉层中铅在环境中的挥发，光泽度就会减弱，应该说这样的解释在科学上是缺乏依据的。事实上铅在常温下是不会挥发的，同时实验分析结果表明清代琉璃瓦件釉层中铅的含量并未明显降低。釉层表面光泽度的降低是由于铅釉的化学稳定性较差，在自然环境中，在酸性物质的作用下，加上长期的风化作用，原来光滑的釉面变得粗糙，原来形成全反射的釉面变成了漫反射占据了很大比例的釉面。仿古琉璃熔块釉的化学稳定性优于低温铅釉，有利于持久保持釉层表面的光泽度。 3．施加中间层施釉重烧保护技术 这一技术方法的基本思路是借鉴元代琉璃瓦件烧制工艺中采用的化妆土技术，并加以改进而建立起来的一种施加中间层的施釉重烧保护技术（见图37）。施加中间层施釉重烧保护修复技术的基本研究思路是研究一种热膨胀系数略大于胎的材料，采用类似于化妆土技术的工艺，将这种材料施敷在经过打磨后的剥釉古代琉璃构件胎体上，在低于琉璃构件胎体始烧温度的条件下进行焙烧，再施以釉料，在更低的温度下进行釉烧，达到对剥釉古代琉璃构件进行施釉重烧保护修复的目的。中间层的作用在于阻止外界水经釉层表面渗入到胎体里，避免由此产生的吸湿膨胀和冻融循环作用，从琉璃瓦件的自身结构上减小产生剥釉的内部因素。 图38 元代琉璃瓦件含有化妆土的断层 图39是在现代琉璃瓦件样品、清代琉璃瓦件样品和施加了中间层的琉璃样块样品上做的墨水渗透试验。从结果可见，无论是现代琉璃瓦件还是清代琉璃瓦件，在釉层表面滴上墨水后，都很快就渗入到了胎里，而施加了中间层材料的琉璃样块未出现墨水渗入现象，这表明中间层起到了很好的阻水作用。图39 中间层的阻水作用-墨水渗透试验 在此项技术的研发过程中，研发出在烧制温度方面、在热膨胀系数方面介于胎釉之间的中间层材料是该项技术的关键。我的汇报完了，谢谢大家！ （注：本文是故宫博物院文保科技部主任、古陶瓷科学研究国家文物局重点科研基地主任苗建民于2012年5月31日在北京科技大学所作《古代建筑琉璃构件的价值和保护技术探究》学术报告的整理稿。参加此项研究工作的人员有：苗建民、王时伟、康葆强、李合、段鸿莺、赵兰、丁银忠、李媛、窦一村、侯佳钰。侯佳钰完成了本报告PPT的全部编辑制作工作，并和贾翠审校了全文。史宁昌为本文拍摄了部分照片。） 撰稿人：苗建民 |
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