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故宮景泰藍藏品中蘊含的古代科學

發佈時間:2021-08-13 09:00:05 | 來源:科技日報 | 作者:周乾 | 責任編輯:秦金月

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) 

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