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青铜镜的范铸工艺考察研究 【摘要】 中国古代青铜镜的铸制技术,自战国至唐代始终采用的是传统范铸技术。所谓“范铸法”，是指用模制范，在范腔中铸器的方法。其模是用泥料制成，阴干后经焙烧成为陶质模:其范亦是用泥料在陶模上夯制出的泥范，需阴干后经焙烧成为陶质范。古代的青铜,一般是 Cu-Sn-Pb三元合金。因铜镜合金的含锡量大多在20%以上,因此这种合金被称为高锡青铜。 采用古代青铜范铸技术铸制高锡青铜镜,其工艺流程为制模、夯制泥范、泥范阴干、焙烧、熔炼青铜、浇注、开范取坯、后期加工。 由于本人对古代的铸镜工艺技术产生了浓厚的兴趣,除对大量出土的高锡青铜镜进行研究外,还多次到湖北省鄂州市博物馆,对那里长期采用范铸铸镜工艺技术进行了多次考察,使我对中国古代青铜镜的范铸工艺有了个大概的了解。下面将各工序的操作及应注意的事项分别简述如下。 一、制作镜模 铸镜本应从制模开始,鄂州市博物馆采用了两种制模的方式:其一是从零开始一步步的制模,其二是用现代材料在出土的铜镜上拓模。从零开始制模的工艺较长,由于篇幅所限,这里把铸镜技术的重点放在了制范工艺中,只介绍一下现代的制模工艺。 鄂州是三国时期的东吴都城——武昌城,又是铜镜之乡,鄂州市博物馆馆藏铜镜有五百多面。镜模大多是从出土铜镜上翻制的,用环氧树脂胶在古镜上拓出阴模,再用环氧树脂胶在阴模中还原成阳模,取出阳模经修整后安置在平板上,在阳模边上设置水口及冒口后套上木框灌入环氧树脂胶,凝固后取出阳模、水口及冒口成为整体阴模。在阴模的镜钮两头开挖芯座后,再套上木框灌入环氧树脂胶,凝固后成为整体阳模。阳模是直接用于夯制范的模具,因整体阳模上己具备水口、冒口及芯头夯制出泥范后自带水口、冒口及芯座,只需在镜钮的芯座处安置泥芯即可。在不具备技术条件的情况下,亦可采用熟石膏在古代的原镜上翻制阴模,其后的阳模、整体阴模及整体阳模最好还是采用环氧树脂。环氧树脂有较好的流动性及可塑性,凝固后有一定的强度及耐酸碱等性能是目前较为理想的制模材料。 二、制备泥料 因新土料含有一定的水分属于湿泥料而不容易加工,将土料夯打成一块块土坯后装进窑中焙干,取出后打碎磨成粉,加入一定量的细砂搅拌匀,一层土料一层水堆起来陈腐一至两天即为背料。在磨得更细的干土料中加入20%的草木灰搅拌匀,按含水量20%一层土料一层水堆起来陈腐一至两天即为面料。在配制背料的过程中,含砂量的百分比是按季节的变化而不同的,不能一成不变。如果含砂量小,经阴干的泥范的纹饰面会鼓出来变形:如果含砂量大,经阴干的泥范的纹饰面会凹进去变形。泥范变形的原因,是范块在阴干过程中表面层的游离水得到了挥发而里层的游离水向外迁移产生应力,如果应力大时会驱使范块变形。因此,泥料中含砂量的大小,须根据季节的变化而调整。原则上夏天含砂量最大,冬天含砂量最小。 草木灰是指被燃烧过的植物的茎、叶之类的灰,在北方,一般农村用包谷干、麦干等烧炕或做饭时烧过的灰:在南方,一般农村做饭大都用柴草当燃料,稻草燃烧过的灰较细,是制作面料很好的草木灰,草木灰中含有大量的植物硅酸体。这种植物的硅酸体极耐高温。按比例加入到面料之中后,其作用是提高范表面的热稳定性能:浇铸时铜液的温度一般都会超过1000度左右,而范温却随季节与室温相同,两者之间存在着较大的温差:泥料中如果没有耐高温的物质,其范的表面会发生崩块现象。因此,加入草木灰是为了提高范面的热稳定性。 草木灰的加入量要恰到好处,少了不起作用,多了会造成铸件表面粗糙。在熔烧过程中,泥范表面的草木灰也被再次熔烧,经焰烧后其体积有所缩小,泥范表面草木灰的含量越大,相对损失就越多。因此,草木灰的加入量应严格控制。 三、夯制泥范 夯制泥范有一定的技术标准,将木框套在镜模上后,先覆盖一层较细的面料,再填满背料,然后用木杵逐渐夯实,要求夯出的泥范纹饰面平整光洁无重影现象。泥范的面料尽量薄、背料尽量厚,这样可以提高泥范的整体强度减小变形倾向。夯出泥范在钮处安置泥芯后,放置在不通风的室内进行阴干。阴干过程中要经常观察,看泥范有无变形现象如果发现泥范变形,可根据变形的方向调整泥料中的含砂量。除了夯制铜镜背面的纹饰范以外,还需夯制同等数量及同尺寸的平板范作为镜面进行阴干的作用,主要是为了消除应力:泥范的应力产生于两个方面,其一,泥范是用散土夯打而成,松散的土料在强行被打成整体会产生应力。其二,阴干过程中泥范自身会产生应力。在阴泥范表面的游离状态水会很快得到蒸发,而泥范中间的游离状态水会向表面迁移,水分迁移也会产生动力。这些微弱的动力和应力,干过程中泥范变形的主要原因。夏天气温高,泥范表面水分蒸发速度快，要求泥范料中多兑砂是为了减小范体在阴干过程中的变形率。 范体中的水分向表层迁移的速度与表面蒸发的速度需要保持相对平衡,从而减小内应力的产生,加入细砂就是起到间隔阻断应力发生的作用冬天气温低,泥范表面水分蒸发的速度相对夏天慢,减少含砂量也是为了达到内外水分迁移与蒸发的相对平衡。因此,泥料中含砂量的多少，完全要参考气温的变化而改变，不能一概而论。 四、泥范的焙烧 泥范经阴干后只挥发了很少一部分游离状态水,泥范料中大量的结晶水要在较高的温度中才能得到分解,结晶水如果没有排除完,浇注铜液时,范料中的结晶水会遇热立即被分解并且大量进入范腔内,从而造成明显的铸造缺陷,因此泥范须经焙烧。泥范焙烧一般在倒焰窑中进行。将泥范一排排放置在倒焰窑中盖好窑盖点火焙烧。泥范的焙烧要稳,前4个小时要小火烧,只要燃烧室中保持有火不灭就行，此阶段只是为了将泥范料中的游离状态水去除、泥范得到缓慢升温,如果窑内升温过快，泥范就会出现变形及裂缝。4小时以后,逐渐加大火力,可按照每小时升50度的规律将窑温升至1000度左右再保温2小时。在升温过程中要经常注意观察窑内范块的情况,不能红得过快。泥范料中结晶水的分解温度约为1000度,当窑温升至600度以上时,泥范料表面的结晶水开始分解而范料中间的结晶水却需要动力才能被分解并迁移出来。逐渐提高窑温使分子间的运动加速产生动力,将范料内部分解的结晶水迁移出来，经过焙烧，高温过后，泥料中有部分SiO2析出，泥范已经变成红陶质地,因此经焙烧过的泥范被称为陶范。 五、熔炼青铜 青铜镜的化学成分为 Cu-Sn-Pb三元合金,大多锡含量在20%以上,尤以汉唐时代为最,其锡含量在24%左右,许多年来一直取中心值配制铜镜合金。当锡含量达到24%时,铸出的青铜镜有足够的银白色,其镜面的反光率如同现代玻璃镜,其合金亦有足够的机械性能,可供铸后的磨削加工。如果锡含量再增大,银白色不会有明显的提高,而合金的脆度却明显增高,稍经冲击镜体就会破碎,使得铸后的毛坯无法进行加工。如果锡含量小,相对锡含量大时只是镜体合金的银白色有偏黄的倾向,但只要含锡量不低于23%,磨出的镜面乃然为银白色,而性能更佳。因此,24%的锡含量宣小不宜大。 铅在铜镜合金的含量中是随着季节的变化而随之变化的,不能固定在某一个百分比数值上。铅在合金中可以控制铜液注满范腔以后的结晶速度,从而起到了利用冒口给镜体充分补缩的功能。铅含量少了,镜体会产生大面积缩松,铅含量多了,会造成镜面出现缩孔。因此,铅含量直接影响着铜镜的质量。铅本身与铜不溶解,而是以球状或无规则形状分散悬浮在铜锡固溶体及共析体的分子团之间。铸镜时要根据的大小及气候条件的变化而适当增减铅含量,多了会推迟合金的收缩、凝固,造成在镜体上出现明显的缩孔,铅含量少了合金凝固过快,镜面会出现缩松,在同一个季节里,不同几何形状及不同直径的铜镜含铅量也有所不同,原则上冬天含铅量大、夏天含铅量小,大镜含铅量大、小镜含铅量小。在平时的高锡青铜铸镜生产中,可学会根据铜镜废品及合金断面来判断合金中应该加入的铅量。 在正常生产过程中,一般都会产生大量的回炉料,即铸镜的水口冒口、跑火料、每次浇剩余的料及废品料等,如果按每次新旧料各半熔炼。其回炉料的数量还是会不断增多。所以在熔炼青铜配料时,致少要做到新旧料各半。因旧料本已成为高锡青铜合金,只考虑合金中的锡与铅大约有1-2%的烧损,在配制新料时注意补齐。 熔炼时等坩锅在炉中被烧红以后,先放回炉旧料。新铜料次第装入锅内熔炼。红铜的熔点为1083度,熔化的比较慢,可在回炉料熔化完之后装入。在回炉料中含有近27%左右的锡铅总量,熔点约为900度,低的熔点,也较易于熔化,当坩锅内的回炉料熔化完以后加入新红铜料 。回炉料中含有大量的锡成分,由于锡在高温液态下对铜有很好的渗透性能,新铜料在含锡的高温铜液中熔化的速度会加快,可明显缩短熔炼时间提高熔炼速度。当新红铜料全部熔化以后,将漂浮在液面的杂质捞出,配上锡及铅料后再加入复盖济(碎玻璃)升温精炼,精炼温度约为1200度。在没有测温条件下,观察坩锅里的铜液明显冒出白色烟雾时可关风,静置数分钟。 熔炼合金时,应掌握大火快炼。熔炼时间越短,合金氧化的机会越少。开始熔炼时,会有一些浑浊的气体冒出,随着炉温不断地升高,气体颜色会越来越浅:最后会发现有白色的气体从炉中不停地冉冉冒出这时可停风待浇铸了。如果继续地炼下去,会发现有大量白色的气体从炉中冒出来,这是由于炉温过高,加剧了锡与铅的大量烧损。熔炼合金时所产生的青白色气体,就是锡与铅在不停地被气化,眼睛所看到的“青气”,其实就是合金中的锡与铅在开始烧损时冒出的蒸气,也是一种损耗,合金中的锡与铅会越炼越少。这说明,战国时代的先民,已经能熟炼地掌握熔炼青铜合金的火候了。古代熔炼青铜不可能有测温设备只能凭长期的经验观察火候。 从炉中提出坩锅后,观察液面的复盖济,刚从炉中提出时复盖济为稀浆糊状态,随着时间的推移,复盖济会由稀浆糊状态逐渐硬化:当复盖济彻底硬化后,可用铁棍在坩锅边缘戳一个小洞进行浇注。浇注时要一次注满范腔,中途不能停。一旦出现浇注中断后再浇注,铸出的毛坯必然为两段。 六、合范待浇 泥范经过焙烧成为陶范后,要尽量早一些从窑内取出,放置在干燥的地面自然冷却至室温:此时任意拿一块纹饰范及一平面范对合后应严实无缝,如果有缝,说明此范变形,如果合起来浇注,会出现跑火而使铸件成为废品。所以,变形的范是不能使用的。以纹饰范与镜面范(平板)各块为一套对合起来,用直径6-8mm钢筋作成“U”字形卡子,每套范每边上下各用一个卡子卡紧合范,使其在浇注铜液过程中两块陶范不会涨开。将所有的陶范都用卡子卡好,范缝糊上稀泥以防跑火,然后将卡好的范摆好待浇铸。 浇注时应注意铜液从水口注入范腔后铜液在逐渐升高,当铜液水位升至冒口的一半时应停止浇注,观察目口中的铜液待明显生成氧化层后再从冒口直接注满铜液:如果从水口一次性注满型腔至冒口。容易发生跑火现象。如一枚直径19cm的海兽葡萄镜的毛坯约为2.5kg,加上水口及冒口应为5kg,加上浇注时铜液会产生流体动力,因此最少会有8kg的压力,浇注铜液时水位越高范腔下部的压力就超大。当这种压力超过了卡子的承受能力时,范就会被挤开一个缝。一旦开缝,铜液会立即漏出去,这就是跑火。为了避免跑火,往往浇注时不要一次将范腔浇满,而是等水位上升至冒口的一半时就停止注入铜液,待冒口中的铜液面上起了氧化层时,说明范腔下部的铜液表面己有不同程度的结晶,这时再注满冒口就不容易发生跑火现象了。 七、清理铸件 浇铸完毕后约5分钟就可以开范取坯了。由于高温浇注时铜液将范腔中的空气全部排走,铜液与范面之间产生了负压,使得陶范面紧紧地粘在镜坯上不容易脱开,加之合金在结晶时产生较大的应力而比较脆如果震动过大,镜坯会断裂在范腔中,要小心清理镜坯,不能有过大的冲击。打开范面后,铸件应紧紧地被嵌在范腔中;如果铸件较松或轻易地被取出来,就要注意此坯很可能为废品。 铸件从范腔中取出后,范腔表面的黑灰层应有许多被粘破的部位其余部位应为黑灰色。如果铸件取出后范腔亦完好无缺,说明此镜在浇注时液温过低,因此不粘范面,但只是表面光,其镜间会存在大量的缩松及氧化物,此镜必废无疑。而那些质量好的铜镜,在从范腔中取出来时,往往粘破了大部分范面,范面的土料较紧地粘在铸坯表面。因此铜镜铸完,陶范破碎而废。 八、铸后加工 当镜坯从范腔中取出并清理干净后,可进行后期加工了。先将镜面的铸态毛坯层磨去,检查有无砂眼、夹渣、缩孔等铸造缺陷,如有铸造缺陷就属废品,没有必要进行下一道工序;将没有铸造缺陷的铜镜转入下一道工序,打磨镜背的纹饰。 西汉的《淮南子?修务训》中写到:“明镜之始下型,朦然未见形容…,”高温铜液在注满范腔以后当液态青铜向固态转变时,除了会发生收缩以外,同时还必然会发生表面氧化,其结果是在镜体表面生成一层黑灰色的氧化层。纹饰面高低不平因镜种而异没有规律性,只能手工打磨。当纹饰面的黑灰层被打磨掉以后,呈现出银白色的合金本色时就可进一步加工镜面了。 铸后的镜面是毛坯层,其氧化层根据不同直径尺寸的镜体约有1-2mm的厚度,须将其磨掉,古文献中讲的“开镜”一词即指此。将这层氧化层磨掉以后,只是一个粗加工面,其磨痕比较粗且深,需要更进一步进行细磨,才能逐渐提高镜面的光洁面。镜面的加工可在类似陶车的床上进行,亦可手工挫磨。加工的工序是先用粗砂布将镜面磨平,要求磨出的平行度误差不超过0.10m,然后用较细一些的砂布将粗砂布留下的痕迹打磨掉，再用更细一些的砂布将前一道砂布留下的痕迹打磨掉,就这样一遍又一遍的打磨工序要进行6-8次后,再用软布轮将镜背镜面进行抛光。打磨的痕迹越细,抛光后镜面的反光率就会越高,镜面就如同现代玻璃镜的影像效果了。 九、铸镜的最佳季节 在许多古代铜镜特别汉代的铜镜铭文中,常常能见到“五月丙午”铭,有些镜铭中甚至铸有“五月丙午日午时”、“五月丙午时加日中”等样,其意是指此镜为农历五月丙午日,午时为当天11点至13点铸造由于许多镜铭中有这样的记载,考古界一度有人认为,在一年当中最佳的铸镜时间应在农历五月丙午日的午时。 铜镜在汉代早已是商品,如果铸造质量达不到要求就卖不出去,铸镜者就失去了市场的竞争能力。人们对铜镜镜面的要求。肯定是越光越好,镜面不允许有铸造缺陷。因镜面要求光可鉴人,所以对铜镜的铸造质量要求比其它青铜器高得多。古代青铜器大多没有经过表面加工,只是铸后将合范的缝及浇冒口的痕迹打磨掉了,表面光洁度再好的青铜器一旦经抛光后就会显露出铸造缺陷,而铜镜面是经过了磨削加工又经抛光后还不允许有铸造缺陷显露出来,这就要求除有较高的铸造质量外,镜体合金的分子结构必须紧密,才能达到较高的反光率。所以,冷范浇铸时,铜液进入范腔以后很快便开始结晶凝固,其收缩的铜液量可由最上面的冒口得到补充。 陶范的导热率很差,具有一定的保温性能。当范温具有一定温度时,本该收缩凝固的铜液因范温推迟了收缩及凝固,当需要补缩时,冒口早已经凝固成为固体,失去了补缩源,其结果是镜体到处组织结构松散磨出镜面抛光后处处有麻点。解决这一铸造缺陷最有效的方法是降低浇注前的范温,范温越低越好,能促使金属液进入范腔后快速进行收缩及凝固,以提高冒口的补缩功能。而古代没有现代化的降温设备,只能将烧好的陶范自然放凉致当时的室温。自然环境下,在南方夏天室温最低也有30度以上,冬天范温最低,因此,实践证明铸造高锡青铜镜最佳的季节应为冬天。 通过多次对鄂州市博物馆铸镜工艺的考察,较之市场上普遍精密铸造的铜镜工艺(另外做旧),范铸铜镜更接近战国、汉、唐的工艺技术。在铜镜的鉴赏时,通过不同技术的识别,一眼就可以辨别真假,这也是我在鄂州学习,在董亚老巍师指导下取得的收获,由于本人的水平有限,所学仅只皮毛,请大家多多指教。
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