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关于我国古代铜镜铸造技术的几个问题 何堂坤 中国科学院自然科学史研究所 我国古代的铜镜不但是一种生活日用品,也是一种工艺美术品其形制和花纹一般都具有时代特征,其制作技术也在一定程度上反映出当时青铜冷铸和加工技术的发展水平。多年来,国内外学者对它作过多方面的研究。本文仅就有关古代铜镜铸造技术的几个问题略述浅见。 一、关于铜镜合金成分的选择和熔炼技术 金属铸造包括熔炼、造型、浇铸三方面,我国古代铜镜的良好映像效果,与合金成分的选择和金属熔炼技术有关。 为了了解我国古镜的合金成分,国内外学者都作过一些分析工作。所分析的古镜的制成年代,春秋以前的只报道过一件,即青海贵南县尕马台齐家文化七角星纹镜,估计为含锡量10%左右的锡青铜①,其余多为战国以后的制品。战国以后,我国铜镜合金大致有两种类型:(1)含铅的高锡青铜,主要用于战国至汉、唐,成分约为铜6672%,锡20—26%,铅4—8%;(2)含锡的铅青铜或锡黄铜主要用于宋至明清,含铅、锌较高,有的达20%以上,含锡量则降至6—13%。一般来说,制镜合金似以前者为佳。因为(1)在铜锡二元合金中,含锡量达20%或稍高时,合金研磨面颜色趋向灰白,硬度亦较高。色灰白利于映像,硬度高则研磨后不致留下磨痕(2)锡青铜熔铸时体积收缩较小,不易生成集中性缩孔,宜于铸造断面厚薄不匀纹饰精美的艺术品(3)含有少量铅,可改善合金铸造、加工和耐磨性能,亦可降低高锡青铜的硬脆性。第二种合金则稍次,其色褐黄,其质较软。宋镜纹饰不如汉唐精致,当与此有关当然,从另一方面讲,这种合金也有其可取之处,质软便有不易碎裂的优点,至于不易抛光,则可用锡贡齐对镜面进行加工,借以补救。 有的学者认为,制镜的合金以含锡量30—36%的锡青铜为最佳,因为此时合金大体或全部由δ相构成,其色最佳。但我国古代铜镜含锡量多较低,与此说不相符合。实际上,从铜锡二元合金性能曲线来看,含锡量为30-36%时,强度及硬度均不高质很脆,似难以制镜。为了实验,我们用不同方法浇铸了一些含锡量为33%的锡青铜,其色银白,如仅从颜色来看,确是制镜良材。但是质极脆,一敲便断,砂轮一打即落碎屑,很难用一般方法加工成为有光泽的平面。看来制镜的铜锡合金含锡量以不超过25%为宜,如含铅,含锡量可以再高一些。从兼顾映像、铸造、加工、耐用各方面来看,我国汉、唐铜镜的成分还是配合较为合理的。最近我们分析了数十面古镜,除取得成分数据外,并观察了断面、宏观组织等,证明我们的看法是不错的。 附注:①本表共包括铜镜92枚,其中战国至秦14枚,两汉46枚,汉末至六朝11枚,隋、唐13枚宋、金4枚,明清4枚。 本表所根据的文献 1.小松茂、山内淑人:“古镜化学的研究”东方学报京都)第八册 2.梁津:“周代合金成分考”科学第九卷第10期 3.湖南出土铜镜图录文物出版社,1960 4.田长浒:“从现代实验剖析中国古代青铜铸造的科学成就”成都科技大学学报1980年第3期 5.广州汉慕文物出版社1981 6.近重真澄东洋练金术昭和4年。 7.上海市博物馆陈列室1977年展出资料。 8.R.F. Tylecote, A History'of Metallurgy, 1979. 9.梅原末治<欧米二於石支那古镜》昭和6年 10.周欣、周长源:“扬州出土的唐代铜镜”文物1979年第7期 11.“西汉光’古铜镜研究金属学报1976年第1期 12.李虎侯:“齐家文化铜镜的非破坏鉴定”考古1980年第4期 我国文献对铜镜合金成分早有记载。先秦古籍《考工记》云:“金有六齐(剂)…金锡半谓之鉴燧之齐。”郑注:“鉴亦镜也。凡金多锡则忍白且明也。”“金”即是铜这说明早在晚周时期已用有一定配方的铜锡合金来制镜,而汉代的郑玄更指出锡在这种合金中的作用。对“金锡半”一语,今人有两种解释(1)释为金锡各半,即铜50%、锡50%;(2)释为金一锡半,即铜66.7%,锡333%虽然两种解释与实物分析都不尽相合,但“六齐”指出不同性能的器物应以不同成分的合金来制造,在一定程度上仍然反映了我国先秦时代的合金知识。在较晚的时代,梁陶弘景云:“古无纯铜作镜,皆用锡杂之”。明宋应星《天工开物》“冶铸”篇云:“凡铸镜…铜用锡和。清郑复光《镜镜詅痴》云:“铜色本黄,杂锡则青,青近白故宜于镜。”这些记载也都谈到铜镜的主要成分是铜和锡,以及铸镜用锡的原因。不过实物分析表明,战国以后的铜镜多含有少量的铅,古人可能是把它当作辅助性材料,所以文献中很少提及;又明清时代制铜镜已大量使用铅青铜和黄铜,而宋应星和郑复光却仍认为铜和锡是制镜的主要材料,这可能是我国学者对制镜合金的一种“先人为主的见解。 在铜合金的熔炼方面,我国古代很早就积累了大量经验。《考工记》云:“桌氏为量,改煎金锡则不耗。不耗，然后权之。权之,然后凖之。準之,然后量之。又云:“凡铸 金之状,金与锡黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青白次之;青白之气竭,青气次之。然后可铸也。”这两段话说的都是量器所用合金的熔炼:前一段说必须通过反复“煎炼”,把杂质去掉方能铸造,所谓“不”,郑注说是“消湅之精不复减也”后一段则进一步谈到,如何依据火焰颜色来判断杂质去除的程度。这些经验对熔炼铜镜合金当亦有一定帮助。西汉以后,铜及其合金的熔炼技术又有提高在东周“反复煎炼”的基础上,出现了“三炼”、“五炼”以至“百炼”的名称。《汉三国六朝纪年镜图说》所著录的铜镜中,有吴大帝黄龙元年(229)“三(炼)明竟(镜)”、魏文帝黄初三年(222)“五湅镜、吴归命侯天纪二年(278)“九湅廿七商”镜、汉献帝建安七年(202)“百湅青铜镜、吴大帝黄武元年(222)“百湅明竟”、黄龙元年(229)“师陈世造作百湅明竟”吴归命侯宝鼎二年(267)“百湅精铜镜”等。其中建安七年镜铭曰:“建安七年九月廿六日作明竟百(炼青同世五口口□口。”这里出现了“百炼青铜”一名,所谓“百炼”,自然是极言其煎炼次数之多,不一定是炼一百次。直到唐代,还讲究这种经过反复煎炼的精铜镜，诗人白居易有《百炼镜歌》歌中称其“鎔范非常规”,1954年西安唐墓曾出土一枚八卦纹“精金百炼”镜,是其物证。看来在不同时期内,这不同的炼数似表示不同的工艺规范和质量标准。 关于汉以后“百炼铜”的具体炼制方法,因文献中很少记载,尚难了解。但是,明冯梦祯《快雪堂漫录》中有一段关于明代铸镜方法的文字,可供我们参考。这段话是:“凡铸镜,炼铜最难…炉中化清,每一两投磁石末一钱,次下火硝一钱,次投羊骨髓一钱,将铜倾太湖沙上,别沙不用。如前法六、七次愈多愈妙待铜极清加碗锡。每红铜一斤加锡五两。”这里简单地谈到了炼制铸镜用铜合金的一般过程,包括熔炼次数、去除杂质的方法和步骤、加入其他金属元素的次序和成分配比等。依此计算,这种铜锡合金的含锡量当在23%左右。磁石即四氧化三铁(Fe3O4),火硝即硝酸钾(KNO3),都是氧化性熔剂,高温下能分解出氧,从而提高液态金属含氧量,以达到去除气体(氢)和部分夹杂物的目的。羊骨髓含磷,是脱氧剂。先加磁石和火硝,后加羊骨髓,是一套先除去气体、后脱氧的工艺。锡是易熔和易氧化的元素,先脱氧、后加锡,就减少了生成脆性氧化锡夹杂物的可能性。这种合金熔炼方法与现代技术原理基本相符。我国早在明代就有这样先进的方法,可谓难能可贵。古镜铭中有“湅治铜锡去其滓”(《金石索》卷六),“湅治铜华清而明”（《小校经阁金文》卷十五)等语,也反映了去除夹杂提高纯度与映像清晰度间的关系。 我国古代炼制钢铁也有一种“百炼”工艺,即所谓“百炼钢虽然主要目的都在于去除夹杂物以提高金属的纯度,但在操作上却大不相同:“百炼钢”是在固态下反复进行加热锻打而成,“百炼铜”却是在液态下反复进行熔炼而成。从《快雪堂漫录》的记载来看,古代“百炼铜”的工艺过程也是相当复杂的。 |
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