殷墟出土的青銅器“亞長”牛尊。

殷墟博物館供圖

我國古代璀璨的青銅文明，一直為世人所關(guān)注，在技術(shù)層面也存在諸多未解之謎。

上世紀(jì)初以來，學(xué)者們對古代青銅鑄造工藝的研究已逾百年。如何通過科學(xué)方法準(zhǔn)確還原3000多年前的青銅鑄造過程，從而更好地詮釋中國古代獨特的塊范鑄造法及其對世界的貢獻？對河南安陽殷墟出土的“亞長”牛尊凝固過程的研究，為這一問題提供了答案。

商代晚期的青銅器在材質(zhì)、工藝和造型上均達到了青銅藝術(shù)的巔峰。商人重酒，尊是當(dāng)時最重要的酒器。牛尊因其動物造型，鑄造難度遠(yuǎn)高于普通的大口尊。西北工業(yè)大學(xué)青銅工藝研究團隊結(jié)合材料科學(xué)方法與凝固技術(shù)國家重點實驗室的前沿技術(shù)，通過對周原陶范鑄造參數(shù)的精確計算與建模，成功復(fù)原了商代晚期牛尊的澆注與凝固過程。

動態(tài)復(fù)原影像通過專業(yè)軟件生成，展示了牛尊從銅液注入范腔到完全凝固的全過程。研究者可以清晰觀察到銅液充型的順序、各部位的溫度變化及液固狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。更重要的是，凝固過程模擬使研究者能夠定量分析青銅器的缺陷，從而從材料科學(xué)的角度理解商代工匠在澆注、冒口設(shè)置、銅液溫度控制及材料選擇等方面的精湛技藝。

首先是澆口與冒口的選擇。無論古今，澆冒口的設(shè)置都是鑄造中最關(guān)鍵的技術(shù)之一。經(jīng)過仔細(xì)觀察，人們發(fā)現(xiàn)，牛尊的右后足為澆口、左前足為冒口。這一設(shè)計展現(xiàn)了工匠的高超智慧。研究團隊在模擬時，曾經(jīng)嘗試將澆冒口進行互換，結(jié)果發(fā)現(xiàn)器物的整體缺陷增加了1倍以上?？梢哉f，當(dāng)時的工匠對澆冒口的選擇做到了今天材料科學(xué)視角下的最優(yōu)解。

此外，牛尊的整體造型嚴(yán)格遵守了等壁厚設(shè)計原則。等壁厚，即鑄件的所有部位基本保持均等的壁厚，這是鑄造工藝中的重要準(zhǔn)則，尤其適用于銅錫合金這種糊狀凝固金屬。古代的工匠在長期實踐中，發(fā)現(xiàn)了青銅的材料特性，并合理運用到實際生產(chǎn)中。除腹腔外，牛尊的角與四足均為中空，整體保持了約3毫米的壁厚，僅在牛蹄接觸地面的部位厚度為5毫米，為器物提供了良好的支撐功能。值得一提的是，牛尊的右后足與腹腔連接部位壁厚增加，達到7毫米左右，這并非設(shè)計失誤，而是工匠為適應(yīng)澆口功能而進行的巧妙調(diào)整。這一設(shè)計，保證了器物充型過程中銅液的流暢，不會產(chǎn)生渦流、熱節(jié)等問題，大大降低了產(chǎn)生鑄造缺陷的概率。

復(fù)原商周青銅器澆注與凝固的動態(tài)過程，使人們可以深入理解古代杰出的鑄造工藝。很多古代的技術(shù)設(shè)置，如金屬墊片（內(nèi)冷鐵）等，今天的鑄造工藝中仍在廣泛應(yīng)用。數(shù)千年的技術(shù)傳承，顯示了我國古代金屬鑄造技藝的強大生命力。正因為商代晚期工匠對青銅鑄造技術(shù)的熟練掌握，一件件精美器物才得以誕生，從而締造了古代中國獨特而璀璨的青銅時代。

（作者單位：西北工業(yè)大學(xué)）