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    故宫景泰蓝藏品中蕴含的古代科学
故宫景泰蓝藏品中蕴含的古代科学
作者:科技日报 周 乾   文章来源:中国新闻网   加入时间2021-8-13 8:57:20

   


  故宫景泰蓝藏品中蕴含的古代科学

  博览荟

  景泰蓝又名铜胎掐丝珐琅,是一种釉料与金属胎体结合的工艺品。其诞生于西方,于元代后期由阿拉伯国家传入我国,且在明朝景泰年间得以迅猛发展。故宫博物院现藏景泰蓝种类丰富,包括陈设、祭祀、生活等方面的器具。它们不仅豪华高贵,而且坚固耐磨,是明清时期皇家的珍贵器物。景泰蓝的制作工艺主要有备料、制胎、掐丝、磨光、镀金等。

  备料是将硼砂、长石、石英等矿物质原料混合,在高温炉中加热再冷却,并磨成粉末状,成为珐琅釉料;制胎是以红铜(紫铜)作为胎体材料,将其加工成所需形状的器物胎体;掐丝是将红铜加工成扁丝状,再掐(掰)成各种所需的图案,在高温下进行焙烧,通过银焊药与铜胎焊接;点蓝是将珐琅釉料与一定比例的水混合,然后通过吸管等工具均匀注入掐丝间隙中;烧蓝是把完成点蓝的胎体放入高温炉中焙烧,以利于珐琅釉牢固地附在胎体上;磨光是对珐琅表面打磨光亮;镀金是将金汞齐(金与水银的混合物)涂刷在珐琅表面,在炭火作用下,汞挥发,金则附在珐琅表面。



  景泰蓝的制作,在材料的选择上具有科学性。珐琅釉可增加器物的机械强度、介电强度、热稳定性,还有利于器物表面的平滑及便于清洗;胎体选用红铜,主要因为红铜质地软、延展性好,便于裁剪加工成所需器型,且铜在空气中容易氧化,因而高温下很容易与珐琅釉结合,增强釉料与胎体的黏结力;掐丝可将釉面分成若干小部分,有利于增加掐丝对釉面的约束力,并限制珐琅的变形。

  对于银焊药而言,清代科学家郑复光所撰《镜镜詅痴》卷四载有“钟表焊药,以银焊为良方。用菜花铜六分,纹银四分,则老嫩恰好”。这句话说明银焊药主要由菜花铜与银组成,而菜花铜由红铜与甘石(碳酸锌类矿物质)熔炼而成。因此,我国传统银焊药至少包括铜、锌、银等金属的合金,这种合金具有良好的焊接性,并有利于充分填充焊接件之间的缝隙。打磨珐琅表面可先用粗砂石对釉面初步磨平,再用细砂石去掉局部发黑及不平之处,最后用表面纹理细腻的椴木炭磨出亮光。金的化学性质极其不活泼,无论是常温还是高温,均不会发生氧化,镀金有利于防止景泰蓝制品的氧化,使之更耐久、美观。

  景泰蓝制作的科学性,还表现在不同材料的熔点温度在制作的各个阶段得以科学运用。在备料阶段,原料多为天然矿物晶体,其熔点温度不一,在高温炉中加热这些原料时,一些熔点低的原料先熔解,并形成低共熔混合物,该混合物再去熔接熔点较高的晶体。当原料被加热至1300摄氏度左右再冷却时,便形成了半透明的玻璃体,其被研磨成粉末状后,即成为珐琅釉料。

  在掐丝阶段,铜掐丝、铜胎体多为红铜,熔点约为1080摄氏度,铜掐丝通过钎焊的方式焊接在铜胎体上,钎料多为青铜。青铜是铜锡合金,根据合金定律,其熔点(约为850摄氏度)要低于红铜,因此在850摄氏度左右的高温炉中,青铜熔化并将掐丝牢固地黏结在铜胎体上,而掐丝、铜胎体不受该温度影响。需要说明的是,钎焊是我国古代常用的焊接方法,其主要做法是,钎料在高温下进入液态后,填充焊件之间的间隙,使得焊件之间得以连接。

  在烧蓝阶段,珐琅釉料已变成玻璃态物质,在约650摄氏度左右即出现软化,具有一定流动性。因此,在800摄氏度左右的高温炉中熔烧釉料,铜胎不会变形,但是珐琅料会变软、变稠,因此在冷却后能够牢固地附在铜胎上。

  在镀金阶段,由于汞的沸点约为357摄氏度,而金在超过1000摄氏度时才熔化,因此只需在400摄氏度左右的炭火下烘烤,汞就会挥发,使得金层牢固地附在珐琅面层。

  色彩丰富而又绚丽的珐琅,也离不开着色剂的科学运用。在制作珐琅釉时,在原料中掺入不同的金属氧化物,金属离子具有的颜色使得珐琅呈现所需要的釉色。铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、钴(Co)等离子作为着色剂时,可使釉料分别呈现黄褐、绿、紫、蓝色。珐琅着色剂的应用原理是釉料中的金属氧化物在高温作用下,离子组成方式发生改变,使得其吸收波长发生变化,因而穿过釉料的光呈现出特定的颜色。釉料氧化物的含量变化,可调整釉料颜色的明度和纯度。此外,两种或两种以上的金属氧化物在高温下混合时,还会产生新的色彩。古人在长期的实践中,获得了产生不同呈色效果的矿物质,如赭石含三氧化二铁(Fe2O3),铜矿渣含氧化铜(CuO),钴土矿含氧化锰(MnO)、氧化钴(CoO)等。通过对上述矿物质的适当处理,即可用于珐琅釉的呈色。

  故宫景泰蓝藏品精美绝伦,工艺历史悠久。它们不仅是东西方文化交流的见证,更能反映出我国古代珐琅料的烧制、金属加工与焊接、镀金等技术的科学运用。

  (周 乾 作者系故宫博物院研究馆员)








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