从故宫铜镜看古人如何造镜子

昵称37581541 2021-11-05

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（本文载于《科技日报》）2021年10月15日第8版，有修改）

古往今来，爱美之心人皆有之。镜子由于具有映像功能，因而成为人们修饰仪貌的重要生活用具。在古代，镜子主要由铜铸造而成。我国铜镜铸历史悠久，可溯源于距今约4000年的齐家文化时期。故宫博物院藏铜镜数千面，为战国至晚清的各个历史时期铸造。其形状多为圆形，还包括菱形、方形、葵花形等形式。这些铜镜的正面用于映像（图1），背面多做丰富多彩纹饰及铭文，内容或为图腾信仰，或为吉祥文字（图2），或为神话故事（图3），或为楼台亭阁（图4）等。这些铜镜的铸造，历经制作镜范、浇筑原料、打磨镜面等工序，其中包含了丰富的古代科学内容。

图1 “五子登科”铜镜正面

图2 “五子登科”铜镜背面

图3 嫦娥玉兔菱花镜

图4 掐丝珐琅山水楼阁图铜镜

镜范制作的科学。镜范是铸造铜镜的模型，由泥制成，包括镜面范和镜背范。泥范的主要由粘土和细砂组成，其科学性在于：材料透气性及热稳定性较好；粘土易于成型，可获得精美复杂的纹饰；细砂有利于防止泥范的变形。另外，泥范中还有掺入稻壳灰的做法，可提高泥范的冲型能力。明代科学家宋应星所撰《天工开物》卷八之“镜”载有“凡铸镜，模用灰沙”。此处“灰”是指稻壳灰，“沙”是指细砂。镜范制成后需要缓慢阴干，然后入窑焙烧至920度左右。阴干有利于防止镜范开裂或变形，焙烧则可使其中的碳酸盐分解。另镜范多为多为侧立状，浇口上小下大，有利于金属液的充分注入；浇口、冒口的边缘与镜边缘相交处较薄，便于铸后清理。此外，镜面范有略凹进的弧度，也具有一定的科学性。平面镜虽然使得人像在镜中不失真，但是显示的范围有限。而当镜面略有凸起弧度（类似于球面镜），则既可以获得较为全面的、不过于失真的人像。

锡料运用的科学。当铜镜的颜色偏白时，有利于显示清晰的人物像。而当铜镜的硬度较高时，则有利于对其进行打磨。使铜镜偏白且具有一定硬度，主要采用适当增加铜镜中的含锡量做法。清代科学家郑复光所撰《镜镜詅痴》卷之一“镜资”载有“铜色本黄，杂锡则青，青近白，故宜于镜”，意思是指铜本来是黄色，掺了锡后就会变成青色，而青色与白色接近，因而适合做镜子。另秦国相邦吕不韦等人所撰《吕氏春秋》卷二十五载有“金柔锡柔，合两柔则为刚”，即铜锡合金（即青铜）比铜或锡硬度均要大。

锡颜色银白，质柔软，一般多以锡石（SnO₂）形式存在于花岗岩里。锡的熔点较低，约为231度，提炼方便。在古代，工匠们把锡石和木炭混合在一起加热，锡达到熔化的温度时，就会被木炭从锡石中还原析出。锡的优点在于，材质柔软，易被加工成不同形状。由于锡的熔点较低，容易和铜或其它金属形成合金并覆盖在器物表面。锡在一般多大气条件下化学性质较稳定，耐氧化且不易变色，因而可用于镀在铜镜的表面，以提高其耐腐蚀性能。我国古代的铜镜制作中，都掺有锡。如我国春秋战国时期的科技论著《考工记》卷上之“攻金之工”载有“金、锡半，谓之鉴燧之齐”。在这里，“金”指铜，“鉴”指铜镜，“燧”指凹面镜，“齐”指配合比。该书认为，制作铜镜之类的器物时，铜与锡的配合比为2：1，即锡的含量为33.3%，这样制作的铜镜呈现灰白色，且坚固耐用。

磨光做法的科学。铜镜铸造完成或使用一段时间后，均需要打磨光亮，才能显出光洁照人的效果（图5）。成书于西汉时期的《淮南子》卷十九“修务”载有“明镜之始下型，朦然未见形容，及其粉以玄锡，摩以白旃，鬓眉微毫可得而察”。这说明镜子刚铸造完时，需要磨光，否则很难显示清晰的人像。同时，“玄锡”是磨镜药，将其涂在铜镜表面反复摩擦，再用白毡擦拭后，可显示出清晰的人像。有学者认为，“玄锡”是水银。明朝官员刘基所撰《多能鄙事》卷五则对磨镜药的成分进行了更为详细的说明：“白矾六钱，水银一钱，白铁（锡）一钱，鹿角灰一钱”。磨镜药配制的具体做法是：先用水银将砂子、锡细磨如泥，然后洗净，再加入鹿角灰及白矾，研磨极细后方可使用。其中，水银主要起反光作用，白矾主要起去污（锈）作用，锡可增亮，鹿角灰有利于镜面的平滑。科学研究表明，上述混合物用毛毡在铜镜表面反复擦拭后，可在铜镜表面形成富锡层并加以抛光，使得铜镜呈现白亮如银的效果。