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用战国时期的青铜技术,能制作输液用的针管吗?

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商周时期青铜器的铸造、开采和冶炼业

商周时期是中国的青铜时代。当时铸造的大量精美青铜器,是中国古代先民对世界文明的杰出贡献。它们的出土不仅再现了中国古代青铜时代的风貌,也展示了古代工匠所达到的青铜冶炼技术的高水平。研究商周时期青铜冶炼和铸造技术对于揭示当时社会生产的发展水平具有重要意义。

长期以来,研究冶金史的学者大多集中于青铜铸造技术的考察。新中国成立30多年来,铸造作坊特别是采矿、冶炼遗址的发现和发掘,研究方法的改进,模拟实验的开展,为研究提供了丰富的资料。对该课题进行了深入探索,填补了冶金领域的空白。历史研究的空白。

采矿和冶炼遗址的发现商周青铜器的主要成分是铜和锡、铜和铅或铜、铅和锡合金,一般称为锡青铜、铅青铜或铅锡青铜。对铜器中所含微量元素的测定表明,各地铸造青铜器的原料大多取自附近的含铜矿脉。例如,镇江附近的商周墓葬和地窖出土的铜块中含有大量的铅和微量的锑。它与中原青铜器不含锑、铅含量低的铜材料有明显不同。湖北大冶铜绿山、湖南麻阳九曲湾、内蒙古林西大井等地已发现矿冶点。其中大部分是东周时期的遗存。但铜绿山古代采矿冶炼遗址的上限可追溯到西周,下限可延伸至汉代。后。这些地方都发现了古代人们在采矿过程中开发的竖井、隧道、采矿工具、提升和排水设备以及铜矿石。铜绿山青铜矿的开采工作是在大理岩与火成岩之间的破碎带进行的。开采时,距地表深40至50米的巷道群内已架设了相当完整的木架支架。 (见图彩图【湖北大冶桐庐山东周古矿山遗址】)另外两个地点利用岩石裂缝沿矿脉开挖,不使用或很少使用木支架。在大跨度采空区,保留“工”字形支柱作为支撑。麻阳九曲湾内有一条巷道,对角线长140米,垂直深度约80米。有些使用露天采矿。铜绿山、大井等矿山附近均存在冶炼场,表明开采的铜矿石是在采场附近冶炼的。

桐庐山发现的10座炼铜竖炉均采用夯土筑成,可分为炉座、炉膛和炉体三部分。炉膛断面多为长方形,有金门。大井发现的12座铜冶炼炉有两种不同的形状:一种炉的横截面呈椭圆形或马蹄形,直径0.8米至1.2米。金门呈拱形,坐北朝西北,高0.2米,宽0.1米;另一种称为多孔窑式(有许多圆孔和弯曲通道),直径为1.5至2米。这些冶炼炉的周围是木炭、孔雀石、碎矿石的石砧、石球、冶炼时排出的大量炉渣以及陶瓷生活用具。从铜冶炼原料可以看出,当时的冶炼工艺是氧化矿的还原冶炼。大井冶炼场出土了马头形陶瓷风管,表明可以采用人工爆破来控制炉温。模拟实验表明,使用这种春秋时期的竖炉冶炼铜,可以连续进料、连续排渣、间歇排铜,具有较高的冶炼能力。铜绿山遗址的炉渣大多凝结成片状,酸度适宜,铜含量仅为0.7%,反映出春秋时期的铜冶炼工艺已达到很高的水平。

【桐庐山出土的东周炼铜竖炉】

铸铜作坊:商周时期的城市遗址中几乎发现了所有的铸铜作坊遗址。其面积从几万平方米到十万多平方米不等。作坊遗址出土了相当数量的陶模型、坩埚、木炭、小型青铜器以及铜锭、铜渣等与铜铸件生产有关的遗骸。这些作坊遗址的发现表明,商周王室和诸侯使用的青铜器大部分是在当地生产的。

偃师二里头遗址商代早期铸铜作坊,熔铜的坩埚是用草掺泥制成的。陶器造型与青铜器相同,均为素色。据电子探针测定,出土的铜爵含铜92%,锡7%。铜锡比例与郑州二里岗时期青铜器非常接近。郑州商代遗址发现的两处铸铜作坊分别位于城南南关外和城北紫荆山北。熔铜工具除用草拌泥制成的坩埚外,还采用大口陶罐或盖有草泥的大口盆。不过,从大型铜鼎的发现来看,也有可能使用的是熔铜炉。许多陶器模型上都刻有图案。这两个作坊除了生产青铜礼器外,还从南关外的铸铜作坊中出土了大量的青铜器,紫荆山以北的作坊中也出土了许多刀和箭头。因此,它们被认为反映了铸铜手工业分工的迹象。

安阳殷墟北地、西周洛阳庞家沟铸铜遗址、新郑正汉古城、古城南郊后马牛村东周铸铜作坊等都规模宏大。古代规模铸造厂遗址。在这些地点发现了大型炼铜炉、大量陶器模型以及与铜铸造有关的工具和器皿。庙铺北地铸铜遗址出土的熔铜炉,根据残壁的曲率,直径约为60至70厘米。还有直径1米、深度0.51米的井式炉。洛阳庞家沟发现的熔铜工具有3种。其中,大型熔铜炉内径160厘米,壁厚30至35厘米,配有鼓风机。洛阳、新郑、侯马等地的车间均发现了陶瓷鼓风管,表明熔铜炉具有较好的熔炼能力。用这么大的熔炉熔铜,适合当时大型青铜器的铸造。

庙铺铸铜遗址和侯马铸铜遗址均发现了与铸铜相关的民居、地窖、水井、祭坑、烧窑、道路、工作面等与铸铜相关的遗迹。各个作坊遗址出土了数以万计的陶器模型,其中一些可以组装成套。从陶器模型的模腔中可以看出,有的用来铸造礼器,有的则用来铸造乐器、工具、兵器、车马或其他装饰品。侯马铸铜作坊还铸造了中国最早的铜钱、空头布、铜带钩等物品。

铸造青铜器的模具有陶模、石模和金属模三种。陶模型的原料主要是粘土和沙子,通常就地取材。由于粘土耐火度高、易于呼吸、来源极为方便,在全国各地的作坊中得到广泛应用,成为我国青铜时代铸造工艺的一大特色。形状简单的工具、武器用单模或双模铸造,一模可多次使用。青铜器皿采用复合模具铸造,一套模具只能铸造一件器物。夏县东下峰遗址、清江婺城遗址等地均发现石模。它们的数量不多,用于铸造刀、箭头和其他小物体。金属模具有两种类型:铜模具和铁模具。山东临淄发现的铜模,就是铸造铜钱“七发”的铸模。河北兴隆发现的铁模是铸造铁工具的模具。

青铜铸造技术的突出成就铸造青铜需要成型、造型、烘烤、浇注等一整套工艺。首先将要铸造的器皿的形状制成泥模,在泥模上翻出外模,在泥模或外模上雕刻出所需的图案,然后制作模芯。在粘土模上切出或制作另一个模芯。型芯与外模之间的距离即为浇注后铜器壁的厚度。为了防止粘土在干燥过程中可能出现的收缩、开裂和变形,粘土中粘土和砂的比例必须合理。外模和模芯阴干后,将组合体放入烘烤窑中烘烤脱水定型。出窑后常趁热铸造。大型器物需挖掘固定,采用槽式铸造法铸造。一次浇注完成,俗称泥浇法。对于形状较复杂的器皿,则先铸附件,后铸坯体,或先铸坯体,再铸附附件,称为分体铸造法。分铸法在商代就已使用,到东周时分铸法运用得更加熟练。商代、西周青铜器的装饰图案多在泥模上雕刻,也有在外模上加工的。东周时期,有的用图案印版印在模具上,有的可能在模具上印上泥片。在轮胎之上,提高了工作效率。铸造青铜花环需要4个外模和1个芯模,而青铜爵则需要16个陶模。曾侯乙墓钟架中层的雍钟,共用136个陶模铸造。

青铜乐器的铸造体现了商周时期铸造技术的成就。据研究,商钟和周钟都具有良好的音响效果。对曾侯乙编钟的检测发现,锡占钟体合金成分的12.5%至14.6%,铅一般为1%至3%。这个比例大致与《考工记》中记载的相似:“金有六气,其中六为金,一为锡,谓之钟鼎之气。”实验表明,当钟体含锡量低于13%时,发出的声音单调、尖锐;含锡量过高,钟体易碎。同时,适当的含铅量有利于铃声的衰减和音色的变化。铅含量太低,衰减慢,铅含量太多,音色变差。古代工匠在实践中找出了合理的配料比例,并掌握了热处理等工艺来控制和改善钟声。他们铸造的这套总音域为5个八度,可以演奏完整的五音、六音或编钟七声音阶音乐。

东周时期出现了叠铸技术。据考证,临淄发现的“七方”长方形铜模是用来制作泥模的。许多烤好的陶模堆叠在一起。浇注时,铜液流经中间浇道,流向各层半月形入口,到达整齐的模具型腔。一次可铸造十几个或更多模具。更多铸件。

春秋时期,还出现了失蜡铸造工艺。该工艺是将可熔的黄蜡制成蜡模,浇注细泥数次,涂上耐火材料使其硬化,制成铸件。烘烤后,黄蜡熔化流出,形成浇注铜液的空腔。河南淅川下寺寺楚墓出土的青铜禁制及鼎表面兽头、足、耳等饰物,战国早期曾侯乙墓出土的尊盘时期均采用失蜡法铸造。此外,研究人员还对下思寺楚墓出土的55号青铜鼎足部和曾侯乙墓中的冰龙头上的焊料进行了研究,得出结论,它们是用金属锡焊接的。

【淅川下司一号墓出土铜鼎铸造孔及焊接附件】

商周青铜器表面除纹饰外,还有镶嵌玉石或绿松石的“铜嵌玉”技艺。在商代,这种技术主要运用在武器和小装饰品上。东周时期,这种镶嵌工艺进一步运用在大型铜器上,并常与金银交织、红铜镶嵌、鎏金等新技术一起运用在同一器物上。不同的颜色相互对比,使青铜的装饰效果更加突出。

对吴越青铜剑的研究发现,在制作剑时,剑的不同部位使用了不同成分的铜合金。例如,中脊采用低锡或高铅含量的合金,以提高其韧性;两个脊采用锡含量约为19%的铜合金。使用不同成分的铜合金带来的直接效果就是不仅保证了两把剑的锋利度,而且还增强了战斗时剑身中脊的抗冲击能力。它又硬又软,不易折断。

越王勾践的名剑上有装饰性很强的几何图案。对于这一格局的形成,人们有不同的看法。有人认为是硫化物腐蚀造成的,也有人认为是使用不同的铜合金嵌入的:底座是锡青铜,图案是锡、铜、铁的合金。由于合金成分和含量不同,颜色也不同。削尖时,因硬度不同,会出现轻微的凹陷,呈现隐藏的花朵图案(参见彩图【越王勾践剑】、【鄂君七阶】)。尽管看法不同,但研究人员一致认为,当时的造剑技术达到了很高的水平。

参考书目

北京钢铁学院《中国古代冶金史》编写组:《中国古代冶金学》,文物出版社,1978年。

春秋战国青铜器

继西周青铜器之后,春秋战国时期是中国古代青铜铸造的又一个高潮时期。可分为春秋初期、春秋中后期至战国初期、战国中后期三个阶段。春秋早期青铜器的造型、组合与西周后期基本相同,纹饰也沿袭了西周的特点。这一阶段的代表器有山东黄县南部出土的冀国青铜器、河南三门峡上村岭出土的虢国青铜器、湖北北京苏家垅出土的曾国青铜器、湖北北京苏家垅出土的冀国青铜器等。山东烟台匡、山东历城青铜器。湖北省随县熊家老湾出土的白草沟出土的鲁国器和曾国青铜器。春秋中期以后的青铜器,以泮池纹的盛行为标志。山西侯马出产的陶器模型和旧记载的晋公器物,均具有精美的扁泮池图案。春秋末期至战国初期,青铜装饰发展为浮雕式图案,复杂的镂空图案在东周达到了青铜制作的顶峰。代表性文物有河南新郑青铜群、安徽寿县蔡侯墓青铜群、山西浑源鲤鱼鲤鱼等。村落青铜器群,以及河南辉县山标镇、琉璃采、河南淅川与长治分水岭、湖北遂县雷古墩等地出土的战国中晚期青铜器。许多青铜器变得朴素,出现了大量的御用和日用器皿。代表性器物有长沙、寿县等地出土的楚器,以及陕西后川出土的魏器。

春秋战国时期青铜器的主要特点是:各国器物大量出现。西周时期的铭文青铜器多为周王室及王室大臣所制,诸侯国所制者甚少。到了春秋时期,王室和大臣的礼器几乎消失了,取而代之的是王公大臣乃至家臣铸造的器物。这与当时王室衰落、诸侯、官员、家臣势力日益增强的情况是一致的。 地域风格的形成。总体上呈现出中原以三晋为中心、西方以秦国为中心、南方以楚国为中心的三足格局。此外,北方、西南、东南几个少数民族地区也有自己独特的风格。 地区间交流逐步展开。例如,吴越地区流行的细线云雷图案,在楚地也经常出现,而原本在北方使用的带钩也传播到了南方,反映了东周统一的历史趋势。物质文化视角下的王朝。 铸造技术取得重大进步。器物的制作主要体现在标准铸造方法的高度发达、失蜡法、模印法的应用、镶嵌技术的广泛普及以及兵器的表面处理技术等方面。湖北省大冶县铜绿山矿山遗址,反映了东周时期青铜冶炼、铸造业的庞大规模,体现了春秋战国时期生产力的提高。

中国古代青铜冶炼技术

中国古代青铜冶炼技术

中国古代青铜器的形成和发展经历了漫长的时期。中国已知最早的青铜器是甘肃东乡马家窑文化遗址出土的一把青铜刀。距今已有4800年左右的历史。经检测,发现其材质为锡青铜。考古发掘表明,早在新石器时代晚期和夏代,人们就已经能够用石、陶模铸造粗糙的工具和兵器。商代早期青铜爵所用的铸造模具是由多块陶模和泥芯组成,有的壁厚仅2毫米。铸造技术已达到一定水平。商代中期,用锡青铜和铅青铜两种合金铸造了重达80公斤的大鼎。具有中国特色的组合陶模铸造工艺在这一时期已大致形成。

商代晚期,青铜冶炼和铸造业达到鼎盛,能巧妙地运用多种单独铸造方法(先铸器后铸配件,或先铸配件后与器身一起铸造)来铸造青铜器。获得复杂的器形,如殷墟妇好墓出土的圆柱、鼓等,都是铸造而成并与器体相连的。多铸件更为典型。其手柄梁、盖钮采用多种铸造方法。七个零件和身体关节由五个零件分两次铸造而成。铸造工艺也已标准化。椭圆形容器通常被分成三或六个相等的部分。正方形、长方形容器以对角线延长线为界,分为四等分或八等分。器物种类繁多,有各类礼器、日用器物、兵器、生产工具、车马、乐器等。对于大型铸件,铜在直径为600至800毫米的竖炉中熔化并浇注到通道中。重要器物的合金配比也初步形成标准。

西周时期,陶模铸造得到进一步推广,中期以后形成了独特的风格,出现了许多新的器形、纹样。有些器皿内部刻有特殊的铭文。技术进步还体现在铜芯支架的广泛使用上。青铜器足由与青铜器内腔相连改为封闭。

商周时期制作陶器模型的泥料均采用砂质粘土或粘土和沙子制成。它们被挖掘、破碎、筛选、混合、老化、揉捏和保存(有时也被冲洗掉)。水洗、砂磨),泥料具有良好的可塑性和复制性,可以浇铸成极其精细的图案。大多数陶器模型的烧制温度在700 至800C 之间。它们其实还是土质的,属于土质模型。后期的一些陶器模型加热温度较高,质地坚硬,呈青色,接近半陶或陶质。早期的陶器模型使用单一的粘土材料,但到了西周,则分为织物和背衬材料。为了提高芯材的让步和透气性,芯材中的含砂量显着增加,颗粒更粗。后期添加大量植物纤维或熟料。

铸模制作非常仔细,分型面上有榫卯连接,用于定位。最初的铸造模具只有一个腔,但到了商代中期,已经出现了能够铸造7至9个箭头的模具。大多数陶器模型只能使用一次,但山西侯马春秋铸铜作坊生产的模型可以重复使用十多次。由于采取了一系列的工艺措施,铸件的表面质量,特别是一些精品,花纹清晰美观,铸缝极窄,铸造缺陷少,达到了良好的工艺水平。

根据历年来对数千件出土文物的科学考察,证明商周青铜器绝大多数是用陶模铸造的。不采用失蜡法,也能得到四阳尊、曾侯乙永钟等制品。器形极其复杂的关键在于铸造技术和组合铸造技术的巧妙运用,从而形成了商周陶器铸造的技术特点。

青铜生产工具是青铜时代生产力的主要因素。出土文物中常见的青铜手工具有刀、锥、凿、斧、锛、磨刀、钻头、锯等。陕西、河南、安徽、江苏、浙江、云南等省份先后发现了大量商代青铜器。周青铜农具包括锄头、锄头、锄头、铲子、锄头、镰刀等各类农具。正是在青铜工具广泛应用的基础上,创造了举世闻名的灿烂的商周青铜文化。

春秋中期以后,由于失蜡法和低熔点合金铸造焊接技术的发明和使用,青铜铸造工艺得到了显着的改进,从以前相对单一的模具铸造技术发展到泥浆铸造、分体铸造、蜡铸、钎焊、钎焊、锻造等多种金属工艺的综合应用。陶器铸造的进步突出表现在薄壁和超薄壁铸件的铸造上,如著名的越王勾践剑。剑头的同心薄壁结构厚度仅为0.2至0.4毫米。随着金属技术的进步和铁制工具的使用,战国时期金银、鎏金、线刻等装饰技术得到广泛应用,出现了一些出土的器物,如虎墓、食鹿器等。河北平山的中山王,更加雄伟。同时,由于商品交换的发展,大多数器皿趋于简单实用。货币、带钩等装置的批量生产,促进了一型多用、叠铸、锚链铸造等工艺的发展。这一时期,有关青铜冶炼的文献显着增多。例如《考工记》记载:“铸金、金、锡时,黑浊气尽,黄白次之,黄白气尽,绿白气也。毕竟,青白之气耗尽,接着是青色之气,然后就可以施展了。” 《荀子江国篇》提到:“刑正,金锡美,工巧,火得,剖刑,莫有过错。” 《吕氏春秋》说:“金是软的,锡是软的,两种软的东西结合在一起,就变得坚强了。”这说明铸造工匠经过长期的反复实践,对合金的熔炼、铸造和使用性能有了规律性的了解。最重要的记载是《考工记》中所载的“六气”规则。物理分析和研究表明,商周青铜器的合金配制比《六七》记载的更为丰富,鼎的合金配制比例早在商代晚期就已初步形成。到了春秋战国时期,编钟、铜剑、铜镜等重要器物都有严格的合金成分配比,广泛使用铜锡铅三元合金。作为世界上最早成文的合金制备方法,《六七》揭示了锡青铜力学性能随锡含量相应变化的科学规律,具有重要的学术价值。

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