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中国古代的铜镜具有表面光滑、纹饰清晰、质地致密的突出特点，而这不仅与其合金配比、铸造及热处理工艺有关，更与铸范本身的性能有密切的联系。已有的研究表明，商周陶范有良好的可塑性、复印性、湿强度和干强度、足够高的耐火度和低的收缩率、足够好的退让性及充型性能、低的高温膨胀性、低的发气量以及低的蓄热系数。但是，由于铜镜铸范发现较少，迄今为止，在一些报道和著录当中提到的镜范，计约30余片，少数为春秋晚期，余多属战国中晚期和汉代，且均未经过科学分析和检测。因此，对于西汉时期日光大明草叶纹镜铸范的科学分析具有重要的意义。 1 镜范的物理性能 该镜范出土于山东临淄齐故城内，为一残片，残存多于全器的六分之一，尺寸约为10×6.5×5.8厘米。陶范外部近平，下部斜收，因底部有缺损，故已不可见手捏等制作痕迹。顶面四周凸起，是为分型面，宽2.5厘米。型腔面深约0.3cm，花纹清晰，表面有一层黑色物质，看起来似乎浇注使用过。镜范呈青灰色，质地密实，手感很轻。该镜范侧面和背面均有许多细小、黑色的物质，特别是背面的局部聚集大量这种物质，看起来很象草木灰。没有看到存在明显的背层和面层的分界线。从残断处还可观察到一些细小的不连续孔洞。 （1）密度和吸水率 该镜范的一个突出特点就是手感很轻，检测其密度为1.07 g/cm³，仅略大于水，远远低于侯马东周陶范（约1.56），说明其掺和的草木灰类物质，数量远远多于后者。该镜范样品的吸水率为52.1％，与郑州、殷墟、洛阳等地出土的商周古陶范近似，比侯马东周陶范的吸水率（24.2％）大得多，表明该镜范的致密度不是很高，材料比较疏松，断面的孔隙较多。 （2）烧成温度 利用高温膨胀仪上测定的膨胀曲线测得该镜范的焙烧温度大约是850±20℃，与大部分商周古陶范的烧成温度接近，即在方解石分解的温度之上，而未达到烧结温度。方解石在850-900℃时分解成氧化钙和二氧化碳，因此焙烧到这个温度以上即有大量气体逸出。用这样的陶范浇注铸件，就不至于产生由于发气量大而导致的缺陷。同时，由于远未达到950-1000℃的陶化温度，所以避免了由此产生的缺陷。由此可见该镜范的烧成温度处在一个较为合适的范围之内。陶范在焙烧时必须保持受热均匀，以最大程度减小变形量，尽量保持原状。该镜范虽可能经浇铸，依然表面纹饰清晰、形状规整，丝毫没有变形，可见镜范的制作承袭了商周古陶范的焙烧工艺规范。 2 镜范的材料分析 （1）镜范材料的成分及矿物组成 取镜范的样品及当地土壤样品，利用等离子型直读光谱仪进行检测（具体数据因篇幅所限从略）。由检测结果可以看出该镜范的原料不存在背面层的差异，即采用同样的材料制成。陶范的化学成分与当地土壤的化学成分相比，SiO2的含量大大高于后者，Fe2O3、CaO等助熔剂的含量低于后者，特别是CaO的含量很低。因此，该镜范的原料很可能是一种含有较多粘土、具有更好的成型性能的细颗粒黄土。由于该范料看来较为细致，断面孔洞细小，可能系由当地地表下的原生土制成。X衍射分析的结果表明，该镜范的主要物相为石英、钾长石、斜长石、伊利石、无定型氧化物。大量的无定型氧化物是非结晶态的各类氧化物，以二氧化硅为主，这说明陶范内大量的二氧化硅并不是掺入的细砂。 （2） 植硅石检测 在扫描电镜下对镜范进行观测，我们可以看到大量主要成分是二氧化硅的颗粒，具有规则的形状，与周围的区域有明显不同。我们判断这很可能是植硅石，为此我们进行了检测。结果显示，样品中含有大量的植硅石但类型却异常地单一，基本上都是稻属植物的颍壳所特有的双峰类型。这一现象说明，在该镜范的制作过程中，制作者在陶土中有意识地掺入了大量的稻壳灰。植硅石的主要成分是非晶态的二氧化硅，因此该镜范的二氧化硅含量大大高于当地原生土，这同时造成了该镜范的密度较低。在陶范的泥料中加入的稻壳灰，可以提高陶范的耐火度，降低热膨胀率，同时也有减少泥料干燥收缩、开裂变形的作用。但最重要的是，能明显降低蓄热系数、改善充型能力，因此该镜范用作制作很精细的花纹的镜背范。 与商周陶范相比，该镜范另行加入植物灰的情况有很多不同。郑州二里冈陶范、洛阳西周陶范、新郑郑韩陶范、殷墟陶范均未另行加入植物灰质；而苏南西周陶范则加入了一定量的稻壳灰；东周的侯马陶范含有较多寒冷地区早熟禾亚科的草类植物灰，而且还有一定量的炭屑。而这件西汉的镜范竟然添加了在数量上远远大于侯马陶范的稻壳灰，说明人们对在制陶范的泥料中加入植物灰的作用的了解，是随着不断的实践逐渐深入的。至今苏南地区传统泥型铸造所使用的泥型，仍是以当地的泥为主，加入大量的砻糠灰(即稻壳灰)，可见这一工艺的实际意义。 （3） 黑色表面层分析 对陶范型腔表面黑色层的成分进行X荧光检测（具体数据从略），结果表明，表面层比基体多了很多金属氧化物，包括Pb、Sn和Cu。由此可见，这一表面层应是合范浇注时高温的液体青铜流经陶范表面时形成的。铅是极易发生偏析而富集在金属表面的元素，故陶范表面层中的铅元素含量大大高于铜和锡。表面层中Fe的含量也较高，我们曾在曲村青铜器表面层的成分检测中发现呈黑色或铅灰的表面层内含Fe较高，而这样颜色的表面在铜镜中是很常见的。因此，我们认为这层表面层是在浇注过程中，部分金属原子扩散入较为松散的陶范表面形成的氧化层。由于该表面层与基体具有截然的分界，没有过渡区域，因此我们可以认为该表面层是浇铸时迅速形成的。 对于古代的陶范，很多人假设表面有涂料，起脱模剂的作用，但从未经检测证实，有人认为陶范的表面可能经松烟熏过。由于设备的局限，该镜范的表面层未能测出是否含有碳等轻元素。但是表面层中的硫元素的含量高于内层，这可能是浇注之前经过烟熏的缘故，这种状况在未经浇注的殷墟陶范中有发现，可能是起脱模的作用。但是由于该镜范已被浇铸过，因此我们不能得出肯定的判断，还需要作进一步的分析和研究。 主要参考文献 1何堂坤：《中国古代铜镜的技术研究》,北京紫禁城出版社，1999年。 2谭德睿：《中国青铜时代陶范铸造技术研究》，《考古学报》，1999年2期。 3谭德睿，黄龙：《商周青铜器陶范材料研究》，《上海博物馆文物保护科学论文集》，上海科学技术文献出版社，1996。 4李家治：《第一章 中国陶器和瓷器工艺发展过程研究》，《中国古代陶瓷科学技术》，上海科学技术出版社，1985年。 5谭德睿：《商周青铜器陶范处理技术的研究》，《自然科学史研究》第5卷，第4期（1986），346-360。 6周仁、张福康、郑永圃：《我国黄河流域新石器时代和殷周时代制陶工艺的科学总结》，《考古学报》，1964年1期。 7张福康：《中国新石器时代制陶术的主要成就》，《中国古代陶瓷科学技术成就》，上海科学技术出版社，1985年。 (责任编辑：admin) |