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2006-11-12 21:16:20| 人氣2,614| 回應2 | 上一篇 | 下一篇

解不開的秘密(華中29寶劍是怎麼鑄造的)──古代的高科技

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  ★ 寶劍失蹤了

  秦始皇統一中國之後,對華中的文化和武器實在不放心。典籍全部燒光,禁止學習和背誦;兵器集中到咸陽銷毀,鑄成十二個千石重的銅人,放在宮裡就近控管。

秦始皇南巡到蘇州,聽說闔閭墓在虎丘山下,就調派工人去挖掘。華中大地不認輸,挖著挖著坑中冒出水,形成「劍池」,怎樣都找不到寶劍的蹤影。


★ 再一次現身

  楚國的郢都面對雲夢大澤,是個先進的大都會。那個熱鬧的郊外現在叫「江陵」,繁華消退了;四十年前發生乾旱,正在修建水渠呢,忽然看到黃紫赫色夾陳的「五花土」。天然土壤通常是「一色土」,在墓地經過兩次翻攪(開挖和回填),打亂原有的層次和顏色界限,就會變成「五花土」。

考古隊趕來,發現這一帶共有大小墓葬五十幾座。秦始皇對楚文化實在顧忌啊,想把它徹底湮滅掉。上帝卻重視並且保護華中文化,有些遺跡埋藏在地下,有的在韓國流傳下去。現在,這扇塵封的大門快要打開了。

最大的貴族墓叫「望山一號墓」,墓主左手有一個黑色的漆木箱,裡面放著一把青銅寶劍。這次探索行動的領隊譚維四教授,後來變成湖北博物館館長;當時的情形,經常回到眼前。

考古隊把寶劍捧出來,抽出鞘,長度不過半公尺出頭,寬度將近五公分。劍身飾滿黑色的菱形暗紋,實在太漂亮了!在地下沈睡了兩千四百年,長期浸泡在水裡,依舊寒光襲人,根本看不出一點銹蝕。

試試它的鋒芒吧,劍鋒(尖端)有兩道弧度,劍刃(劍身最薄的部分)薄而銳利,輕輕用力就劃破二十層白紙。有個開採隊員一不留神,手指就割傷了,鮮血直流。

劍格(區隔劍身和劍柄)正反面,分別鑲嵌著藍色琉璃和綠松石,在燈光下發出吸引人的光澤。
  劍柄上纏著絲繩;劍首(底座)外翻成圓箍,圓箍上鑄造了十一道精細的同心圓。隊員忍不住讚歎:「太好了,真是寶貝!」
  這是誰的寶劍呢?劍身刻著兩行錯金的鳥篆銘文,又大方又細膩。方壯猷、郭沫若這些學者討論了兩個月,最後認定這八個字是「越王勾踐,自作用劍」。

那位臥薪嘗膽的國王,是不是拿著這把劍終結了吳國?


★ 一堆謎團

  「越王勾踐劍」現身,豎立在恒溫的玻璃櫃中。用純淨的高錫青銅合金鑄成,之後精細地錯磨,把附飾嵌鑲上去,再進行菱形暗紋的表面處理。銳利的鋒刃散發出一股霸氣,在黑暗裡也能看到幽幽的藍光,以及毫髮粗細的錯金銘文……。叫它「天下第一劍」吧!古人製造出這麼精美的東西,真是不可思議。

﹡劍身的合金成分很複雜,為什麼要這樣設計呢?不同的合金怎樣鑄成一體?
﹡在墓裡浸水兩千多年,劍身為什麼沒有銹蝕?
﹡菱形暗紋的附著力極強,怎樣擦拭都不會消失。顯然不是用機械方法嵌入劍身的,手段看起來應該是電鍍。問題是春秋時代還沒發現電,這花紋又是怎樣「鍍」上去的?
﹡劍首有十一個同心圓,鑄在一張薄薄的銅片上,間距只有0.2公分,即使在今天也很難辦到。當初是用哪種精密技術製造的?


★ 劍身的整體造形:
精密鑄造 + 複合金屬技術?

  上海和北京兩地的學者專家(復旦和北京科技大學、中科院上海原子核研究所),進行無損傷的「質子X熒光非真空分析法」檢測,得到「金屬成分比例」的準確數據表,同時也「無損檢測」另一件菱形紋飾劍。

劍身是青銅合金(銅錫合金),那主要的成分當然是銅(含量80%)和錫(含量19%)啦。還有微量(總計1%)的鋁、鐵、鎳和硫,或許是雜質。

這把複合劍(「雙色劍」、「插心劍」),應該是用「複合金屬技術」分兩次澆鑄:先澆鑄劍脊、劍格、劍柄和劍首,再澆鑄劍刃,最後把結果複合成一體。一把劍的各部位,出現兩種「金屬成分比例」,銅錫的比例不一。

﹡劍刃含錫較高,目的在提高韌性(硬度);而且精磨技術可以媲美現代的精密磨床。硬度高,又用精磨技術磨得很薄,讓劍刃鋒利無比。

﹡問題是,硬度高的物質韌性差,容易脆裂。所以劍脊和劍格採用低錫(含銅或含鉛較多)的合金,提高韌性,那寶劍就堅韌而不容易折斷了。劍脊含銅量較高,劍格含鉛較高,並且經過人工氧化處理。

楚墓裡也出土過複合戈。一把武器包含兩種矛盾的特性,剛柔相濟,你能想像吳越兵器有多講究嗎?用複合金屬技術鑄造的武器,讓常規技術的成品顯得很遜。


★ 防鏽防腐的表面處理
  
  在劍身上,菱形暗格像蛇鱗一樣絢爛,線條微微凸出。表面處理運用了哪種技術呢?四十年以來,各方面的專家始終沒有破解,模擬的複製品也都不夠看,只能根據檢測的結果做些推測罷了。
  美國佛利爾藝術博物館收藏了一把「吳越菱形紋飾劍」,邀請加拿大多倫多大學共同研究。他們沒有找到答案,只提出一些假設:是不是用天然的植物酸或酸性鹽來蝕刻表面呢?還是採用了滲透、上釉和封閉技術?

﹡塗一層金屬膏劑(固體滲透)?(物理)
  劍身經過防腐防鏽處理,在表面形成「氧化膜」(保護層、防腐外衣)。在其它出土的青銅器表面,也能看見這層斑駁的外衣。

古董本身不能碰,實在很難研究。上海博物館藏品有一塊菱形紋飾劍的殘段,只有半公分長,是沒辦法在展覽亮相的「廢品」,正好用來探究寶劍的秘密。那上海博物館和上海材料研究所就不客氣了,拿出掃描鏡、電子探針和金相顯微鏡這些現代測試手段,深入分析菱形紋飾的表層和斷面。

他們推測古人應該沒有用塗鍍(塗裝電鍍)技術,而是採用現代的「固體滲透」技術。既然這樣,就模擬實驗了「金屬膏劑塗層」的表面處理技術:

1. 把「細小固態錫粉」的金屬膏劑,規則地塗覆在劍表。
2. 加溫一段時間以後,膏劑塗層中的錫原子受熱熔化,擴散進入劍身表面,形成一層液態金屬。
3. 這層液態金屬在冷卻以後凝固成晶體,形成結晶型態的「表面反應層」,附著(緊密結合)在劍身。
4. 在進行表面處理以前,先把某些部分遮住,沒有塗膏劑,保持青銅的黃色。塗了膏劑(含錫量高)的部分,則變成銀白色。所以說表面處理以後,劍表出現黃白相間的圖案。

加溫時間越長、溫度越高,「表面反應層」的厚度就越大。手工產品的學問可大了,每件青銅器的結晶型態都是獨特的,由膏劑含錫量、處理溫度和時間、冷卻速度和種種的因素決定。那你知道老技師的優勢了吧?一切全靠累積的經驗來拿捏;經驗越久,手藝越高超。

﹡再加上硫化處理?(化學)
  用硫粉或硫化物進行「硫化處理」,青銅器的表面就會產生黑色或暗灰的硫化銅。「黃白相間」的劍身,會變成「灰黃—黑亮相間」。

北京有色金屬總院進行的「X射線衍射分析」顯示,菱形花紋含有較多的錫、硫。用同一種方法測定另一把越王劍,結果大體上相同。專家推測,吳越地區在兩千五百年前已經普遍運用「硫化處理」技術來防鏽防腐。

硫化層的厚度只有百分之一公分,大約是一張報紙厚度的十分之一。這張保護膜讓古劍不鏽不腐,是古代科技史上的重大成就。最後,當然還要進行拋光(polish)處理,劍表才會光潔。

秦朝承接了這些表面處理經驗,進一步發展出「鉻鹽氧化法」。把鉻鹽當成氧化劑,在劍表形成一層極細密的氧化層(保護層),阻止其它的化學作用,防腐能力超強啊。在國外,這種方法直到最近幾十年才開始應用。

﹡多虧了密閉環境?(大自然)
  當然啦,古人或許沒有「硫化處理」。只要把寶劍埋藏在土壤裡,照樣可能在花紋部分產生0.5%的含硫量。

湖北省博物館的考古學家認為,戰事連年不斷,青銅兵器的消耗量極大,不可能也沒必要進行防銹處理。但古人知道怎樣保存埋藏物,俗諺說「乾千年,濕萬年,不乾不濕只半年。」

「望山一號楚墓」密封得滴水不漏啊。「句踐劍」緊插在劍鞘裡,一槨兩棺層層相套。槨室的四周用木炭隔潮,又用白膏泥填塞。這些膏泥經過人工淘洗、緻密性超強,能隔絕外界絕大多數的空氣。

墓室深藏在含氧量低的中性土層裡,構成一個密閉性高、與外界隔絕的的環境。江南地帶的地下水位高,墓室長期浸泡在含氧量低的中性地下水當中,更讓內部的空氣稀少。

在這個密閉的環境裡,墓室裡的屍體、絲綢衣物或食物腐爛以後,可能在劍表產生硫化物,而且埋藏環境裡也有硫。硫化物讓劍身維持光亮,只有肉眼難以辨識的銹蝕。

青銅劍的主要成分是銅,這種金屬不活潑,所以不容易銹蝕。幾百年以後產製的西漢鐵劍「活潑」多了,每把出土的鐵劍都是鏽跡斑斑。

﹡用「平臥立澆法」加鑄?(物理)
  湖北省鄂州市博物館做了很久的實驗。既然菱形暗格不是平面花紋,推測是靠「平臥立澆法」加鑄的,而紋飾槽中的填充物應該是錫。用相同的方法測定另一把越王劍,也發現類似的成分結構。

以上這幾種,都是現代西方的技術啊。難道古人早在兩千五百年前(領先歐美兩千多年),就懂得應用「精密鑄造」、「複合金屬技術」、「固體滲透(金屬膏劑塗層)」和「硫化處理」?古人用簡單的機械和加工技術,媲美甚至超越這些現代技術,這是現代人沒辦法想像或破解的。


★ 同心圓 :
陶範刮板 + 薄壁結構 + 拋光?

  大多數吳越的劍首,都用薄銅片製作的同心圓當裝飾;那些同心圓密集而整齊,絕少瑕疵,比現代的規定(青銅鑄件壁厚不得小於3公分)還薄。舉個例子,「越王句踐劍」的劍柄是中空圓錐體,底座(劍首)刻著十一個同心圓。同心圓的間隔只有0.2公分,還裝飾著細繩紋。

這叫「薄壁結構」,沒有焊接痕跡,肯定不是焊接成型的。春秋時代利用簡單的機械加工,超越了現代車床技術。

專家發現,劍首內底有法線方向的紋樣,壁內面光潔,似乎有旋紋。他猜測古人用精密的陶範(陶土模型)刮板技術,在陶土模型上畫線並旋出(刮刻出)同心圓凹槽。接下來把模型加熱,再注入高溫的金屬液,填滿內外模型之間的縫隙,就能鑄造成型。

中國從上古時代就懂得「薄壁結構」了,在漫長的發展過程當中找到許多訣竅,包括「超高的模型預熱溫度」和「銅液過熱溫度」。流傳到今天,廣東佛山仍然沿襲古代的「紅模鑄造」技術,把陶土模型加溫到攝氏800度以上,燒得通紅透亮,隨即澆入過熱的金屬液。這種高溫鑄造在全世界罕見,能得到極薄的鑄件,組織均勻,表面光潔度高,廢品率(不良率)趨近於零。

★ 鳥篆銘文
  劍身上刻著八個錯金的鳥篆銘文,解讀成:「越王勾踐自作用劍」。應該是用尖針刻畫,製作了模型。再把純金拉成金絲,用手工嵌進這些刻痕。

為什麼古人喜歡用鳥篆體來裝飾青銅劍呢?因為線條含有豐富的變化和趣味,例如「王」字一豎的彎轉略微加粗,呈飄帶狀。「自」與「作」兩個字之間有一個圓點,線條流暢又不乏頓挫感。


★ 吳王夫差劍

  吳越寶劍的鑄造工藝,只能用「精美」來形容。「吳王夫差劍」的菱形花紋、裝飾、錯金銘文……,種種風格都與「越王句踐劍」類似。

台長: 魏筱玉
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最近有本書講到十五世紀之前中國大幅領先西方,古騰堡鉛字印刷改變了此一情形,而蔡倫發明紙是原先中國領先的主因。這個說法是根據”知識傳播”會有很大影響這理論而來的。頗認同這看法。
2006-12-14 06:36:25
筱玉(厚終於能在這裡
阿羯認同一種看法:
1. 中國原來大幅領先全球,由於蔡倫發明紙。
2. (歐洲)古騰堡鉛字印刷,改變了這個情形。

筱玉贊成,「知識傳播」的影響很大。你看,一個民族開放,就會變得聰明,因此中國人的思想、科技和文化都很發達;他們很早就發明了紙來記錄這些。

後來歐洲人受到中國和種種的啟發,這才發明改良的印刷術,開始大步向前走。在此同時,明清忘掉開放(開始鎖國),所以變得愚昧而落後了。

為執政者祝福啊,希望他們能恢復成開放的人。
2006-12-31 21:50:31
是 (若未登入"個人新聞台帳號"則看不到回覆唷!)
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