华夏金声冶铸技高——从曾侯乙编钟看我国古代冶铸技术 [复制链接]

第3版()
专栏：科技史话

华夏金声冶铸技高
——从曾侯乙编钟看我国古代冶铸技术
华觉明
编钟是中国特有的古乐器。作为众乐之首，商周钟铙多有出土，其中以1978年湖北随县所出曾侯乙编钟最为完备。
这一大型编钟群总重达5吨，煌煌巨制，雄伟壮观，历时两千四百余年依然完好。整套编钟音域宽达5个半8度，12个半音齐备，高音清亮，低音浑厚深沉，演奏各类乐曲悦耳动听，撼人心弦。其重大艺术价值是举世公认的。
编钟的冶铸技术也是相当高超的。在只有原始工艺手段的战国初期，是怎样铸成这套具有美妙音响编钟的呢？
为揭示这一技术奥秘，前不久，曾侯乙编钟研究组的科技人员，运用电镜扫描、光谱分析、激光全息干涉技术、Ｘ光探伤等现代科学手段，对原物进行了系统的检测与工艺研究，发现所有编钟都是用商周时期习用的、具有中国特色的复合陶范（陶瓷模具）铸成的。
以形制最复杂、铸造技术最高超的中层甬钟为例，铸型的制备需经过塑制实体钟模、用多种模具翻制等多道工序。整个铸型分两段、四个层次，由上百块陶范和泥芯组成，一次浇注成型。这种“分范合铸”的技法，最早出现于商代中期，由于它能获得高度复杂的器体，又保持了器件的整体性，适合于乐钟的声学性能要求，因而被应用于钟的铸作。
编钟最重的达203．6公斤，高1．5米。铸造这样的重器需采取特殊的工艺措施，铸型是在地坑中制作、安装和焙烧的，用几座直径约0．6米的熔炉化铜，经槽道灌注。这些都说明，中国商周青铜冶铸技艺已经形成了自己的特色和工艺体系，并有良好的生产调度和组织。
编钟的合金配制，也很符合现代的金属学原理。曾侯乙编钟是用纯度相当高的锡青铜铸制的，锡含量为12．5—14．6％，铅一般低于2％，其它元素含量都很低。金相显微考查证实，钟的金属组织一般呈树枝状典型铸态结晶，少数为等轴晶。可见，铸钟合金是用较高纯度的金属锭块按一定比例配合熔化的。金属的纯净，说明原料曾经多次精炼、熔化，浇注过程的工艺控制较严。
由声频分析可知，编钟音质较好，是由于锡青铜中锡、铅含量配比适中，保证了乐钟的机械性能和声学性能。与欧洲古代钟合金配比相比，中国先秦编钟的合金成分更为合理。
技术检测结果证明，编钟铸作在春秋战国时期业已成熟，形成工艺规范，并通过特定的工艺措施有效地得到实施。无论化学成分、基准钟制、钟体结构及技术规程，都与战国时期技术著作《考工记》中有关冶铸理论的记载相符。这是商周青铜冶铸技术高度发展的标志，具有重要的科学价值。
在对原钟研究的基础上，现已复制出大、中、小编钟28枚，其外形和音响效果均与原钟相近。预期完成全套曾侯乙编钟的复制任务后，中华民族的珍贵历史文化——华夏金声将再度重现。