西汉星云镜的范铸模拟实验研究[精品资料]

西汉星云镜的范铸模拟实验研究 -精品资料 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 最新最全的 学术论文 期刊文献 年终总结 年终报告 工作总结 个人总结 述职报告 实习报告 单位总结 研究中国古代铜镜的制作技术，主要是两个问题，即制模技术与纹饰制作技术，其制范的工艺与青铜器的常规范铸工艺没有大的区别。西汉铜镜是在青铜时代以外，其纹饰已经与战国青铜器的纹饰制作没有承袭关系。通过研究认为，西汉早期铜镜纹饰多采用了圆规技术。为证明西汉早期铜镜的制模工艺及其纹饰 制作技术，我们对星云镜进行了范铸模拟实验。 铜镜是中国古代的实用器，出土量十分大。其历史悠久，源远流长，各个时期的文化背景及科学技术都反映在了当时铜镜的背纹中。在从战国到唐代晚期这一历史时期内的铜镜，属于高锡青铜镜，其含锡量多在 24%左右。这个时期内铸镜的技术又可分为三个阶段，即战国的纹饰范拚兑地纹铸镜阶段、西汉的圆规技术制模阶段、东汉的浮雕技术阶段。东汉以后到唐代，铜镜的制模技术一直沿用了东汉的制模技术，再也没有技术上的创新。唐代的金银平脱镜、螺钿镜等特种工艺镜，属于铸后的加工技术，与传统的范 铸工艺没有直接的关系。 研究战国镜的制模技术，与战国青铜器的范铸技术分不开。战国青铜器的纹饰技术，多是采用了单元纹饰范拚兑技术，而战国铜镜的纹饰制作，多也是采用了这一纹饰制作技术。所以，研究战国镜的纹饰技术，必须先研究战国青铜器的范铸技术。 西汉初年以后，铜镜的纹饰制作技术已与战国青铜器的纹饰技术没有关系，属于技术的创新。东汉以后铜镜的纹饰技术，与浮雕艺术紧密相关。所以，研究中国古代铜镜的制模及纹饰技术，需要作三个范铸模拟实验，即战国镜、西汉镜及东汉镜。由于条件所限，我们先选择了西汉星云 镜，作为西汉时期铜镜技术的研究对象，做范铸模拟实验。 从形制及几何形状看，西汉初年的铜镜几乎与战国镜没有明显的区别。但如果仔细观察，就可发现有两个明显的不同。其一，凡具有地纹的战国镜，其纹饰范的拚兑痕基本都清晰可见，而在西汉初年镜的背纹中，基本找不到地纹中有纹饰范拚兑的痕迹。其二，战国镜的钮普遍采用了分型嵌范的工艺铸造，因此在战国镜钮的周围，往往可以看到一周不规则圆形或不规则方形的分型嵌范痕，至少钮座是粗糙的，而在西汉初年镜上却看不到这些现象，因为西汉镜的钮是固定在镜模上的，与镜体是整体铸造。 一般战国镜的形制具备四个要素：其一，内凹式卷缘；其二，三弦钮；其三，地纹上叠压主纹；其四，平面镜。从形制上看，西汉初年镜也多具备这四个特征。西汉初年镜只是延续了战国镜的形制，却没有延续战国镜的纹饰制作技术，这是由于时代的变迁，青铜器的纹饰范拚兑技术已随着青铜时代的结束而结束，使得铜镜的纹饰制作技术在西汉以后必须采用新的制作技术。再往后到西汉早期，连铜镜的形制也不得不随之改变。 西汉早期的文景时期，铜镜已经市场化，铜镜的使用已普及到平民百姓。战国镜的那种纹饰范拚兑技术及镜钮的分型嵌范工艺，由 于其制模制范工艺相对复杂，已经远远满足不了市场的需求，更兼技术的断代，西汉镜采用了全新的制模工艺，圆规技术开始大量在制模造型上应用。在西汉早期的铜镜中，绝大多数可以看到背纹属于几何造型。如正圆形的平镜缘代替了战国的内凹式卷缘，内向连弧纹及乳钉纹等，取代了战国镜的纹饰。这些造形及纹饰的制作，都只能采用圆规画线，靠手工画线是不可能的。在西汉早期镜中有个规律，绝大多数内向连弧的数量是四的倍数，如八个或十六个内向连弧等。这些十分均匀的内向连弧纹，就是用圆规在镜模上分出来的。 通过对西汉星云镜模范关系的研究 ，我们认为，星云镜的模是用石料制作的。因在与星云镜同时期的钱币中，大量使用了石范铸钱工艺，滑石料在该时期被广泛利用。在滑石料上画线制图，其操作十分简单。下面，将我们铸星云镜的范铸模拟实验经过描述如下。 一、制模设计 铜镜的镜面较为平直，镜背具有纹饰而高低不平。这样的几何形状，对于铸造而言，只需要考虑镜背一个面的造型。所以，设计镜模时，也只需要考虑镜背一个面的设计，不需要考虑镜面的问题。 在对许多西汉星云镜进行观察后发现，在星云镜的纹饰区中常能见到由于画线作图留下的起稿线。还发现 ，四个乳钉座往往在两条线的交点上。可以认为，几乎所有的线都是以镜钮为中心为交点向外辐射的。根据出土星云镜纹饰中留下的稿线痕迹。我们首先复原出当时制作星云镜的线稿图。如图 1 所示。画成这样的线图，再进行制模的操作，就十分简单了。线图的具体绘制步骤是：先在滑石面中间画出一条中心线，把圆规的一端定在中心线的中心画出一个圆，就会分别在圆的两个边自然产生出两个与中心线的交点，并且会在圆的中心产生出一个点，成为三个点在同一条线上。将圆规的半径扩大约三分之一，将圆规的一端定在任意一个圆与直线的交点上，圆规在圆外的两边画出弧 线；再将圆规的一端定在对称的交点上，又同样在圆外的两边画出弧线，两次画出的弧线就会在圆的两边各形成一个交点，并且这两个交点与圆的中心点会形成一条直线。用直尺画出这条直线，此线就会与画出的第一条直线成90 度的垂直状态。采用这种古老的绘图方法，不需要计算不需要量角度，可以十分容易地画出圆的四等分线。按照相同的方法，又可画出八分、十六分甚至三十二等分线。 我们采用上述绘图方法，在滑石板上绘制出圆及分出十六等分线，并绘制出乳钉及钮的线。根据内向连弧直径的圆心点，在圆外再画一个圆，这个圆与十六条等分线的交点 ，就是每一个内向连弧直径的圆心点。 我们计划用滑石制作镜模，可直接制作出阴模。在滑石上磨出平面是十分简单的，在平面上作图也较简单，在制作好的线图中向下挖刻纹饰，没有动过的部位，就自然成为地张。这种地张具有基准面，是直接雕塑模具不可能达到的。如果直接雕塑成阳模，没有人能够雕塑得纹饰以外的地张都在同一个基准面。只有在平面向下挖刻纹饰，纹饰以外的平面就是地张，是没有动过的基准面。所以，星云镜的模应该直接制作阴模。 制作出的石阴模与泥范面一样，但只具有泥范的范面而没有范腔，亦不具有泥范的范腔，需 要与木板组合成与泥范几何形状一样的阴模。用泥料将制作好的阴模翻成阳模后，经阴干、焙烧成为陶模，就可以直接用于翻制泥范了。 二、制作镜模 星云镜具有两圈内向连弧纹，用石料制作星云镜模需要分两个模制作，先制作一个大模即外圈模，再制作一个小模即内圈模，制作好后将小模套人大模中成为一个完整模。 1.制作外圈模 备一块滑石板料，磨出平面后将表面打磨光滑。根据许多西汉星云镜背纹中留下的机械制图痕迹及规律，在滑石表面进行机械制图，再用铣刀铣出内向连弧，用钻头钻出乳钉纹饰。当星云镜的纹饰 结构图画完以后，用磨制的铣刀及成形钻头，分别铣出内向连弧的凹纹及乳钉的凹纹。图 2 中共有 4 张图，上左图是采用上述方法在滑石板上绘制星云镜的结构线图。上右图是用我们磨制的成形铣刀在钻床上铣出 16 个内向连弧纹。下左图是铣出了 8 个内向连弧纹，不连贯的那个内向连弧纹凹槽，是在铣内向连弧纹之前试铣刀时留下的，这是因为在正式操作前需要试出铣刀的进刀量，铣刀的角度是否合适，以及铣出的内向连弧纹是否合乎设计的标准。下右图是已经铣出了 16 个内向连弧纹、 4 个乳钉纹以及挖刻出其他纹饰，并可看到右边有一片试钻头时留下的凹槽。当该铣该 钻的凹纹都完成之后，从内区的第 2 圈内向连弧纹处画出线，并将中心掏掉，使中心成为圆孔。 2.制作内圈模 再用一块小些的滑石料，采用完全相同的方法制作出内圈的内向连弧纹模，并用钻头钻出镜钮纹成为小模，将小模外圆的直径打磨得与大模的中心孔径大小相同，将小模嵌入到大模中心，小模的底张与大模的底张平齐，星云镜的完整石模就制作成了。 在图 3 中，上边为刚制作好的大模，可看到还没有掏掉中心的圆孔，亦可看到中心点及许多等分线。下边为刚制作好的小模，还没有嵌入到大模的中心，还可以看到凹型的钮及钮座 上挖刻的纹饰。 3.制作泥模 在木板上按星云镜的外径掏出一个孔，将星云镜的完整石模安置在木板的孔中，在木板上掏出浇冒口，使之成为阴模。从几何形状看，星云镜的阴模与范的几何形状完全一样。将阴模固定在木板上，表面涂抹脱模剂，套上木框，就可以翻制泥阳模了。 在图 4 中共有 6 张图，上左图是大小两个石阴模套在一起成为星云镜的整体模。上右图是将石阴模嵌在木板中成为星云镜的阴模，并将阴模固定在平木板上。中左图是用刷子将黑烟灰涂抹在模表面，为翻阳模后能够顺利脱开。中右图是将一个木框套在阴模外后加 入泥料进行夯实。下左图是将泥料一层层夯紧实并将木框夯满。右下图是夯实了的泥阳模顺利地从阴模上脱下来了，左为阴模右为泥阳模。泥阳模需经过阴干，焙烧成陶模后，才能在模上制泥范。 三、制作镜范 制范需要用大量的泥料，包括制模的泥料都需要掺入砂料。我们采用了当地的土料，将运回的生土夯成方形的土坯，装进窑中焙干后取出，将其打碎后再磨细待用。采用长江边沙滩上的细砂，按体积比土 60%砂 40%混合均匀成泥料，按一层泥料撒一层水堆起来，陈腐一天后将泥料摔成一块块约 10cm长、 10cm 宽、 20cm 高的泥料再 陈腐。等泥料的湿强度达到一个人的一只脚悬空，另一只脚踩在泥料上压着不变形，泥料的湿强度就可以制模及夯泥范用了。制模与制范的泥料配比基本一样，只是制范的泥料在料中需要再加入体积比 20%的草木灰。因为模只是为了制范，不与铜液接触，而范是浇铸用的，要直接接触铜液，加入草木灰是为避免范面骤然遇到高温铜液出现崩块现象。 夯制泥范的工艺，是将泥料填入到星云镜的陶模中，一层层地填一层层地夯实，一直将模的型腔夯满。在图 5 中，上左图是烧制好了的星云镜陶模，上右图是将夯范的泥料正在填入模中用手压实，并需要一层层地填一 层层地夯实。在下左图中，可以看到又填入了一层泥料并在继续夯，直到将模的型腔夯满。下右图是将夯好了的泥范脱出来后正在进行修整。如这样的泥范我们夯制了一批，基本顺利，没有出现意想不到的事情发生。 四、阴干焙烧 夯出的泥范需要在相对封闭的环境中阴干，如果在室外见到阳光或者风吹，都会很快产生裂缝。关于这个问题。我们是有教训的。我们将泥范放在操作间自然阴干数月后，将泥范放在倒焰窑中进行焙烧成为陶范。除了将镜范装入窑中外，还需要装入相同数量的泥板范。浇铸时，是一块镜范和一块平板范配套合范。焙烧时是先 焙后烧，焙好后才能逐渐升温。所谓焙，就是放在热窑中不烧火。需要提前将窑烧热，再将阴干了的泥范放进窑中将窑盖封严，并需要焙 1 天的时间，第二天烧的时候才需要点火。约需要烧 40/小时，最高温度约 1150度，甚至需要短时间的 1200 度。当烧制好后。打开窑盖降温。待能够从窑中取出时，将烧好的陶范取出，放在干燥处自然冷却待铸。等到第二天，范已经彻底冷却到与室温相同，人的手就可以自如地操作了。 这里需要说明，我们用的是鼓风倒焰窑，鼓风机是现代设备。而古代没有鼓风机，汉代用的是皮囊鼓风，其风压远远达不到现代鼓风机 的风压。所以，古代烧窑的时间应该比我们烧窑的时间长数倍。 五、浇铸清理及加工 将每一块镜范与一个平板范对合，用铁卡子将合好的范卡紧，就可以立在沙床上待铸。我们采用了焦炭炉熔炼青铜，其合金的化学成分为 Cu74%、 Sn24%、 Pb2%的配比进行熔炼。熔炼温度 1200 度，熔炼好后静置 5 分钟，将坩埚从熔炉中提出浇铸，浇铸温度约 1050 度。浇铸后约 5 分钟，将范打开，取出星云镜毛坯。从范中取坯，总会带破部分陶范。在图 6中，上左图是刚刚从陶范中取出的星云镜毛坯。上右图是取出镜后已经破损的陶范。中左图是 将毛坯的浇冒口都去掉后正在进行打磨加工中的水磨工艺。中右图是经过抛光后的镜背内向连弧纹。下左图是将镜面打磨抛光后，在室外镜面反映出来的石头墙及竹叶。下右图是在室内镜面反映出来的微机页面。 六、结语 我们制作星云镜的模是从春天开始，夏天将模制作完成，秋天制范，直到冬天才浇铸成镜。通过图片可以看到，镜面质量良好，这是因为在冬天浇铸的结果。如果是夏天浇铸，就不会有如此的质量。我们在长期的铸镜实践中认识到，夏天只能浇铸一些直径 8cm 以下的小镜，稍大一些的铜镜，需，要等到冬天浇铸，夏天几乎没有浇铸 出过高质量的大铜镜。此镜的直径为 16.2cm。如果需要好的质量，就需要等到冬天浇铸。这里存在两个问题，其一是因为夏天空气的湿度大，烧好的陶范，很容易在自然冷却过程中吸入空气中的水分，造成浇铸时型腔发气，从而使铸件成为废品。冬天空气湿度小，烧好的陶范在自然冷却过程中吸入的水分有限。其二是因为合金在凝固时速度较快，其凝固过程中不能人为地进行干预。当冬天浇铸时，由于陶范的范温与室温一样，常会在 10 度以下，甚至在 0 度以下，这都属于自然的。没有人工的干预，其合金的结晶过程也是正常的，这时在陶范上面设置的冒口就可以正常地补缩，从而使镜体合金达到缩补平衡。这样铸造出来的镜体，自然是好质量。但如果是夏天浇铸，首先是陶范吸水率远大于冬天。再就是陶范的范温不可能降到室温以下，浇铸后除了范体大量发气造成的因素外，还有陶范保着温，使得早该结晶收缩的合金推迟了收缩，这就会使得冒口失去了补缩的作用，最后造成镜体合金中大面积的显微缩松。所以，在夏天的这种环境中，是不会浇铸出好质量铜镜的。 通过范铸模拟实验可以看到，高锡青铜合金在不同的条件中会呈现不同的色泽。我们刚刚浇铸出的毛坯是黑灰色，这是合金在从液态到固态时，由于受本身的高温 作用形成的表面氧化层。其中铅的氧化最为严重，以至产生黑灰层。但这一毛坯层非常薄，是微米级的。一经打磨，就是浅黄色。这是因为将氧化了的毛坯层打磨掉了，露出了暂时没有氧化的粗加工面为浅黄色。再继续打磨加工，随着打磨的细度越来越高，合金的颜色就会越来越白，一经抛光，就会呈现出银白色的镜面。由此看来，古代采用高锡青铜铸镜，也只能是必然的选择。因为只有到了 20%以上的含锡量