故宮景泰藍藏品中蘊含的古代科學

故宮景泰藍藏品中蘊含的古代科學

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景泰藍又名銅胎掐絲琺瑯，是一種釉料與金屬胎體結合的工藝品。其誕生於西方，于元代後期由阿拉伯國家傳入我國，且在明朝景泰年間得以迅猛發展。故宮博物院現藏景泰藍種類豐富，包括陳設、祭祀、生活等方面的器具。它們不僅豪華高貴，而且堅固耐磨，是明清時期皇家的珍貴器物。景泰藍的製作工藝主要有備料、制胎、掐絲、磨光、鍍金等。

備料是將硼砂、長石、石英等礦物質原料混合，在高溫爐中加熱再冷卻，並磨成粉末狀，成為琺瑯釉料；制胎是以紅銅（紫銅）作為胎體材料，將其加工成所需形狀的器物胎體；掐絲是將紅銅加工成扁絲狀，再掐（掰）成各種所需的圖案，在高溫下進行焙燒，通過銀焊藥與銅胎焊接；點藍是將琺瑯釉料與一定比例的水混合，然後通過吸管等工具均勻注入掐絲間隙中；燒藍是把完成點藍的胎體放入高溫爐中焙燒，以利於琺瑯釉牢固地附在胎體上；磨光是對琺瑯表面打磨光亮；鍍金是將金汞齊（金與水銀的混合物）涂刷在琺瑯表面，在炭火作用下，汞揮發，金則附在琺瑯表面。

景泰藍的製作，在材料的選擇上具有科學性。琺瑯釉可增加器物的機械強度、介電強度、熱穩定性，還有利於器物表面的平滑及便於清洗；胎體選用紅銅，主要因為紅銅質地軟、延展性好，便於裁剪加工成所需器型，且銅在空氣中容易氧化，因而高溫下很容易與琺瑯釉結合，增強釉料與胎體的黏結力；掐絲可將釉面分成若干小部分，有利於增加掐絲對釉面的約束力，並限制琺瑯的變形。

對於銀焊藥而言，清代科學家鄭復光所撰《鏡鏡詅癡》卷四載有“鐘錶焊藥，以銀焊為良方。用菜花銅六分，紋銀四分，則老嫩恰好”。這句話説明銀焊藥主要由菜花銅與銀組成，而菜花銅由紅銅與甘石（碳酸鋅類礦物質）熔煉而成。因此，我國傳統銀焊藥至少包括銅、鋅、銀等金屬的合金，這種合金具有良好的焊接性，並有利於充分填充焊接件之間的縫隙。打磨琺瑯表面可先用粗砂石對釉面初步磨平，再用細砂石去掉局部發黑及不平之處，最後用表面紋理細膩的椴木炭磨出亮光。金的化學性質極其不活潑，無論是常溫還是高溫，均不會發生氧化，鍍金有利於防止景泰藍製品的氧化，使之更耐久、美觀。

景泰藍製作的科學性，還表現在不同材料的熔點溫度在製作的各個階段得以科學運用。在備料階段，原料多為天然礦物晶體，其熔點溫度不一，在高溫爐中加熱這些原料時，一些熔點低的原料先熔解，並形成低共熔混合物，該混合物再去熔接熔點較高的晶體。當原料被加熱至1300攝氏度左右再冷卻時，便形成了半透明的玻璃體，其被研磨成粉末狀後，即成為琺瑯釉料。

在掐絲階段，銅掐絲、銅胎體多為紅銅，熔點約為1080攝氏度，銅掐絲通過釬焊的方式焊接在銅胎體上，釬料多為青銅。青銅是銅錫合金，根據合金定律，其熔點（約為850攝氏度）要低於紅銅，因此在850攝氏度左右的高溫爐中，青銅熔化並將掐絲牢固地黏結在銅胎體上，而掐絲、銅胎體不受該溫度影響。需要説明的是，釬焊是我國古代常用的焊接方法，其主要做法是，釬料在高溫下進入液態後，填充焊件之間的間隙，使得焊件之間得以連接。

在燒藍階段，琺瑯釉料已變成玻璃態物質，在約650攝氏度左右即出現軟化，具有一定流動性。因此，在800攝氏度左右的高溫爐中熔燒釉料，銅胎不會變形，但是琺瑯料會變軟、變稠，因此在冷卻後能夠牢固地附在銅胎上。

在鍍金階段，由於汞的沸點約為357攝氏度，而金在超過1000攝氏度時才熔化，因此只需在400攝氏度左右的炭火下烘烤，汞就會揮發，使得金層牢固地附在琺瑯面層。

色彩豐富而又絢麗的琺瑯，也離不開著色劑的科學運用。在製作琺瑯釉時，在原料中摻入不同的金屬氧化物，金屬離子具有的顏色使得琺瑯呈現所需要的釉色。鐵（Fe）、銅（Cu）、錳（Mn）、鈷（Co）電漿作為著色劑時，可使釉料分別呈現黃褐、綠、紫、藍色。琺瑯著色劑的應用原理是釉料中的金屬氧化物在高溫作用下，離子組成方式發生改變，使得其吸收波長髮生變化，因而穿過釉料的光呈現出特定的顏色。釉料氧化物的含量變化，可調整釉料顏色的明度和純度。此外，兩種或兩種以上的金屬氧化物在高溫下混合時，還會産生新的色彩。古人在長期的實踐中，獲得了産生不同呈色效果的礦物質，如赭石含三氧化二鐵（Fe2O3），銅礦渣含氧化銅（CuO），鈷土礦含氧化錳（MnO）、氧化鈷（CoO）等。通過對上述礦物質的適當處理，即可用於琺瑯釉的呈色。

故宮景泰藍藏品精美絕倫，工藝歷史悠久。它們不僅是東西方文化交流的見證，更能反映出我國古代琺瑯料的燒制、金屬加工與焊接、鍍金等技術的科學運用。

（周乾 作者係故宮博物院研究館員）