2500年前中国青铜兵器表面合金化技术研究

东周时期，在吴越地区的少数青铜兵器表面上，有一种非机械镶嵌的菱形纹饰，极具装饰性，如在著名的越王勾践剑和吴王夫差矛上，即分布着这种规则的菱形纹。本文对东周时期一块菱形纹饰剑残段进行了分析测试，结果表明：在剑的表面规则地分布着一层厚约几十μｍ的细枝晶层，该层的成分和组织与基体完全不同，有较好的耐蚀性，能保护基体不受腐蚀。据此，经过工艺筛选，模拟古代可能有的工艺——膏剂涂覆法，成功地复制出有细晶区的菱形纹饰剑，并参照埋藏条件作加速腐蚀试验，使菱形纹饰由黄白相间变成与古剑相似的黑灰相间的色泽，其成分、结构等亦与古物相似，从而解开了“菱形暗格纹”形成之谜。

汉代叠铸法铸钱工艺研究

叠铸工艺在汉初的半两钱、王莽时期和东汉的钱币铸造中得到应用,成为东汉至母钱翻砂法铸钱出现之前的一种主要铸钱方法。对叠铸法铸钱的相关遗物进行了分类统计,其中发现最多的是金属制范盒,其次是在烘范窑内出土的叠铸范。采用X射线荧光光谱仪对9件汉代货泉叠铸金属制范盒进行了成分分析。分析结果表明,合金成分为以铜、锡、铅三元素为主。锡含量集中在4%～6%之间,锡的成分是有固定的配比,表明王莽时期货泉叠铸金属制范盒的制作应该是由中央政府统一管理;铅的含量在6%～12%区间内。这种铜、锡、铅的成分配比保证了金属制范盒具有一定的强度、硬度和耐磨性,并使文字和轮廓清晰。通过对叠铸法铸钱过程的模拟试验,探讨了叠铸法在西汉早期被用于铸钱后,却未能在西汉中晚期上林三官铸钱中得到发展的主要原因:叠铸法的生产效率不能与金属范铸造相比,叠铸法不能满足中央政权统一大批量、快速、低成本铸钱的需求。叠铸法铸钱能够保证所铸造钱币的质量,王莽时期对钱币质量的要求是叠铸法在王莽时期重新得到应用和发展的原因。与平板范竖式浇铸铸钱工艺中陶范铸钱相比,叠铸法具有很高的生产效率和较低的生产成本,是一种先进的生产技术。

吴越细绳纹类青铜礼器成形技术研究

吴越青铜器发展到春秋中晚期 ,出现了一批极富地域文化特色的青铜器 ,器表饰有细绳纹和细薄而峻深的纹饰 ,或在纹饰间布满细芒刺突起的棘刺纹。本工作通过对吴越青铜器陶范铸造技术的探索和吴越细绳纹类青铜礼器的复原试验 ,以期揭示出这类细绳纹类青铜礼器的成形技术。实验过程是以绳索为模 ,在湿陶范内埋入绳索 ,当陶范入窑焙烧时 ,绳索焚烧后形成绳索状凹槽 ,浇注青铜液后则成为具有突起状绳纹装饰的青铜器。焚烧绳索形成纹饰 ,是一种在平面上形成三维纹饰的技艺 ,能在青铜器表面形成规整的绳纹 ,可能为东周时期吴越地区古代工匠铸造细绳纹类青铜礼器的一种方法。

东周时期青铜剑首同心圆的制作技术研究

东周时期盛行佩剑之风 ,在剑上集中了多项杰出的装饰技术 ,其中位于青铜剑首端部的同心圆装饰以其精湛的制作技术引起了科技史界的关注。剑首同心圆由多圈高同心度、高凸起、薄壁状凸棱组成。对东周时期的多件剑首同心圆的考察表明剑首同心圆应用了类似轮制法成形工艺 ,预先单独铸造成形 ,后与剑茎铸接成一体。通过对车削法、石范铸造、失蜡铸造、陶范铸造等剑首同心圆可能的成形方法的分析 ,推测古人很可能不预制陶模 ,而是用轮制法直接车制出具有同心圆的剑首陶范 ,以陶范铸造法铸造剑首同心圆 ,此法是东周时期最可行的成形方法 ,其基础是新石器时代已采用的轮制法制陶技术及商周时期成熟的陶范处理技术。通过模板轮制法的模拟试验 ,成功地复制了青铜剑首同心圆。其过程为配制极细的泥料、制作带齿的模板、采用轮制法制作同心圆陶范并在相应的凸棱上刻下绳纹、焙烧陶范与浇注青铜液。

东周青铜复合剑制作技术研究

东周时期,吴越出现了一种奇特的青铜复合剑,剑的中脊和两刃是用两种不同成分的青铜铸接而成。为充分了解青铜复合剑的制作,对上海博物馆馆藏的4把青铜复合剑残剑进行了分析,通过X-射线荧光能谱仪分析残剑的剑刃和剑脊的成分,金相显微镜分析剑刃和剑脊的组织,发现中国古代工匠采用低锡青铜制作韧性好的剑脊,高锡青铜制作强度和硬度高的剑从,通过榫卯结构以铸接法将剑脊与剑从结合成一体,得到刚柔兼具的青铜复合剑。在测试分析的基础上进行模拟实验,先以陶范铸造法铸造出两侧带榫头的青铜剑脊,剑脊的成分采用88％铜、10％锡、2％铅的低锡青铜;然后将青铜剑脊置入铸造剑从的陶范内,两侧的榫头伸入陶范型腔中,剑从的成分采用78％铜、20％锡、2％铅的高锡青铜,当剑从凝固时产生的收缩使剑脊和剑从牢固地结合成整体,再分1次或多次以铸接法铸上剑格、剑茎、剑箍和剑首,成功地复制了青铜复合剑,再现了东周时期青铜复合剑的制作工艺。

汉代铸钱铜范的分析与研究

为了研究汉代铸钱铜范的性能与铸钱工艺,对汉代铸钱金属范的出土概况进行统计,可知:单直浇道阶梯浇注式是汉代铸钱金属范的主要铸型。金属范的尺寸随着时间推移有一个逐渐增大又逐渐减小的发展过程,发展的高峰期在西汉中晚期上林三官专铸五铢时期。西汉早期,金属范以2行钱币型腔为主;西汉中期,金属范以2行或4行钱币型腔为主;西汉中晚期和王莽时期,金属范发展到4行或6行钱模,以6行钱币型腔为主;东汉时期,金属范又转为以2行钱币型腔为主。在对汉代铸钱金属范的出土概况进行统计后,以上海博物馆收藏的铜范为基础,对部分汉代铜范进行了X射线荧光表面成分分析,在金相显微镜下进行了金属相结构分析,并通过扫描电镜能谱分析了金属范的基体成分。分析结果表明:1)西汉早-中期金属范的成分变化较大;西汉中期-东汉时期,五铢金属范中锡含量较低,在一定的范围内变化,但铅含量的变化范围较大;王莽时期,金属范的成分比较一致。高铅低锡青铜是汉代铸钱金属范所采用的一种主要成分。2)金属范的基体组织以α固溶体+Pb为主,使金属范具有较好的塑性和致密度。即使是反复地使用,组织中仍保留着铸态组织,表明金属范未受到长时间的高温加热。在金属范的铸钱过程中使用了表面涂层以减轻金属范的受热程度,达到保护金属范的目的。

汉代铸造铸钱金属范之陶范的分析研究

汉代的铸钱遗址中出土了大量铸造铸钱金属范的阳文陶范,阳文陶范既反映出了铸造金属范时的铸型,又可看出所铸造的铸钱金属范的铸型。为揭示铸钱金属范的铸造工艺及变迁,本工作从铸造工艺角度对阳文陶范进行分析,通过对汉代阳文陶范出土概况的统计,了解了阳文陶范铸型的变迁。以西安相家巷和窝头寨铸钱遗址采集的阳文陶范为基础,对陶范的面层与背层进行了X射线荧光成分分析,在电子探针下对型腔面进行了形貌和成分分析。分析结果表明,阳文陶范分层制作的原因是为了将模上的钱币铭文和形状清晰地复印到陶范上,型腔面的检测不能表明是否使用了表面涂料。

汉代铸钱过程的计算机模拟试验

平板范竖式浇铸和叠铸是汉代铸钱的两种方法,由于钱币的铸造过程受到诸多因素的影响,计算机数值模拟技术可以达到改变其中的某一个参数以研究该参数对钱币铸造过程的影响。为了比较不同材质的铸型、比较平板范竖式浇铸和叠铸两种工艺在相同材质的铸型中充型性能的变化,进行平板范竖式浇铸工艺和叠铸工艺铸钱过程的计算机模拟研究。结果表明:1)在相同材质的铸型(陶范)条件下叠铸在重力铸造成形上优于平板范竖式浇铸,叠铸的成品率高于平板范竖式浇铸。2)铸型的物性参数显著影响充型结果,保温性好,预热温度高的铸型在充型上较为有利,以陶范的充型结果为最好,金属范优于石范,金属范与陶范的组合优于金属范与金属范的组合。

上海青龙镇唐代铸造作坊遗址出土陶范的分析研究

上海青龙镇相传始建于公元746年,是上海地区最早的对外贸易重镇。2012年青龙镇的考古发掘中发现了4座熔炉以及熔炉周围堆积的大量陶范、炉渣等,是上海地区首次发现的冶铸作坊遗址,遗址使用的主要年代是唐代晚期。为了解青龙镇唐代铸造作坊遗址出土陶范的制作技术,对遗址出土的陶范进行分析研究,以期揭示唐代青龙镇铸造作坊的制范技术。对陶范型腔面上残留的附着物分析主要元素是铁,表明陶范用于铸造铁器。经分析遗址中出土的陶范由三层组成:面层、背层和稻壳泥层。面层厚约1~2 mm,采用细颗粒泥料制作,致密,在铸造铁器时能确保陶范承受高温液态金属的充型压力,并得到表面光洁的铸件。背层厚约4~7 mm,该层羼入了粗颗粒物,这些羼和料可以减少陶范在干燥收缩和焙烧过程中的收缩变形。稻壳泥层厚约11~16 mm,该层羼入了一定量粗颗粒物,并羼入了大量的稻谷壳,陶范焙烧时谷壳烧失,在陶范上留下了大量的孔隙,便于铸造时型腔中气体的排出。三种不同的材质起到不同的作用,以保证成功铸造出铁器。在冶铸作坊废弃后在其上建造的一口水井内发现的铁釜、铁提梁鼎的形状与遗址中出土陶范所铸器物的形状吻合,应为该遗址所铸造器物。

汉代平板陶范竖式浇铸法铸钱工艺的研究

平板范竖式浇铸工艺是我国早期铸钱的基本形式,根据材质的不同,可将平板范分为石范、陶范和金属范。由于与平板陶范竖式浇铸法铸钱相关遗物出土数量少,该方法不是汉代铸钱工艺中的主要方法,故目前还未对其开展系统的研究。本工作对平板陶范竖式浇铸法铸钱相关遗物进行了归类分析,表明该工艺不仅在西汉早期一直在使用着,到东汉时期,仍然被用于铸钱。通过模拟实验对汉代的平板陶范竖式浇铸法铸钱工艺进行了研究,其工艺过程为:铸造金属制范模,在模上翻制陶范,陶范经阴干焙烧后铸造钱币。金属制范模的制作,提高了陶范制作的效率,同时也保证了钱币在型腔尺寸和文字上的一致性。

传统金箔制作工艺调查研究

传统的金箔制作工艺是传统金属工艺的重要组成部分。制作金箔的主要和唯一方法是锻造,自商代起一直沿用至今。早期由于未采用隔层材料,只能逐片锻打,厚度也不可能太薄,随着隔层材料的使用,特别是至迟在明代使用的乌金纸,使金箔的厚度大大降低。从最早的逐张锻打发展到目前的一次锻打1000-2000张,生产效率有了极大提高。工序也有了进一步发展细化。科技的发展和大规模的工业化生产,对传统工艺产生了极大的冲击,因此对传统工艺的保护成为当务之急,有效的途径之一是对传统工艺进行调查和研究,为此对南京金线金箔总厂的传统金箔制作工艺进行了调查,从合金的成分、熔炼、打制和切割工具、隔层材料、制作工序等方面对金箔的传统制作工艺流程作了记述。

汉代铸钱夹砂陶背范的分析研究

与汉代铸钱相关的遗物中,铸钱夹砂陶背范出土数量最多,是由泥质面层与夹砂背层组成。为了揭示铸钱夹砂陶背范的制作工艺并探讨陶范多次使用的可能性及夹砂层的作用,对陕西西安窝头寨汉代铸钱遗址出土的铸钱夹砂陶背范进行分析研究。结果表明,泥质面层采用细泥料制作,其作用是保证所铸造的金属钱币具有优良的表面质量;夹砂背层是在制范泥料中掺杂了较多的肉眼可见的砂砾,其作用是提高陶范的机械性能,减小陶范受热后的变形,有利于它与金属范合范铸钱。铸钱夹砂陶背范的制作过程是:先制作夹砂层,然后在夹砂层上制作细泥层,在细泥层上印制钱币的背郭型腔,与金属范组成铸型铸造钱币。证实夹砂层可以重复使用,当泥质面层损坏后可以除掉表面的细泥层或直接在原型腔面上另加一层细泥重新制作背郭型腔,再次进行钱币的铸造,夹砂层可以一直使用到被损坏为止,从而极大地提高了铸钱效率。

铜-铁复合兵器铁刃的分析

对上海博物馆馆藏新品王件春秋早期的铜一铁复合兵器中铁的类型、制成方法、机械性能和材料组织进行了分析，以判明铁刃的原料来源和制作工艺。结果表明：铁刃基体成分为较纯的铁，没有发现镍元素，铁刃组织呈层状分布，结构疏松，合较多夹杂物和孔洞，夹杂物由硅酸盐类复相组成。

东周铜兵器菱形纹饰技术研究

1965年湖北江陵楚墓中出土了铸有铭文“越王勾践，自作用剑”的青铜剑，其表面非机械镶嵌的菱形暗格纹是如何形成的，引起中外考古界和科技史界的极大兴趣。

西汉铸钱工艺中钱币型腔和内浇道对充型过程影响的计算机模拟试验

西汉时期平板范竖式浇注铸钱工艺中有不同的钱币型腔设置和内浇道的形状,本研究通过计算机的流动模拟和凝固模拟技术,研究了钱币型腔和内浇道对充型过程的影响。结果表明:1)钱币型腔的不同设置对充型时间影响不大。2)钱币型腔的不同设置对充型过程产生影响,内郭正置的型腔产生气孔等铸造缺陷的可能性增大。3)内浇道的形状对钱币型腔的液流充型时间和液流在型腔中的流动过程有明显的影响,对凝固特征虽略有影响,但远小于钱币本身几何特征对凝固特征的影响。西汉中期起至晚期已基本采用内郭斜置的型腔设置,表明古代工匠在西汉中期始已明了钱币型腔的设置对充型过程将产生影响,已能通过选择更好的钱币型腔的设置来提高钱币的铸造质量。铸钱时,对缩短充型时间的要求高于对充型状态的要求,西汉中期以后多采用缩短充型时间的内浇道形状以提高平板范竖式浇铸工艺的充满率,从而提高成品率。

吴越青铜兵器技术研究

据古文献及出土文物证明，东周时期以青铜兵器及棘刺纹礼器为代表的吴越青铜技术冠绝一时，其制作技术均已失传。课题组根据现代科学仪器对文物标本进行检测所得信息，逐项破解了吴越青铜复合剑(又称双色剑)、剑首同心圆、细绳纹类礼器制作技术的奥秘。

东汉“水银沁”铜镜表面处理技术研究

中国古代所谓“水银沁”铜镜，表面白亮，反光性能良好，抗氧化腐蚀性能优良，历经千百年仍光可鉴人者不在少数。自铜镜被玻璃镜取代之后，这项延续2000多年的传统金属工艺即告失传。

上海马桥夏商陶器研究

上海马桥夏商遗址出土的陶器中有硬陶和软陶二类，硬陶是在１０７７ ～１１１４ ℃左右温度下烧成，胎中有莫来石晶体，不发生过烧现象；软陶一般在１０００ ℃以下的温度烧成，故胎中无莫来石晶体。部分样品表面有涂层和印纹装饰，涂层分二种：（１） 残留物较多的富玻璃相涂层，（２） 细胎泥涂层。还有二样品局部表面有很薄（１０ ～５０μｍ） 玻化层，这可能是样品在高温下烧成时由草木灰落在器皿表面而生成。

吴越菱形纹饰铜兵器技术初探

吴越菱形纹饰铜兵器技术初探谭德睿，廉海萍（上海博物馆）吴则嘉，苏立民，李靖，张国英（上海材料研究所）唐静娟，许志正（复旦大学）春秋战国时期，吴越地区少数青铜剑矛等兵器表面，有一种非机械镶嵌的菱形纹饰，例如在越王勾践剑和吴王夫差矛上，即分布着这种规则的...

东周青铜兵器装饰技术

中国青铜器时代,'国之大事,在祀与戎'(《左传》)。作为关系国家存亡至关重要的'戎',必须有最好的装备,因此当时在兵器上集中了国家最先进的工艺技术。东周时期(公元前770—前221年),出于诸侯争霸的需要,兵器的形制和制作技术获得重大进步。铁刃铜戈。