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中國各地的博物館大多匯集有各時期的當?shù)亟饘傥奈锊仄罚C明著中華文明璀璨的歷史。湖北省博物館館藏文物達24萬余件（套）。曾侯乙編鐘和越王勾踐劍占據(jù)了展館最為醒目的位置，每天吸引了最多的參觀者，是名副其實的“鎮(zhèn)館之寶”。 　　本報記者 齊 欣攝

銅是人類最早認識和使用的金屬之一。到新石器時代晚期和夏代早期，中國已進入青銅時代，而到商周時期，青銅文化發(fā)展到鼎盛并逐步擴大影響范圍。這件西漢時期的提鏈青銅壺于1955年在廣西壯族自治區(qū)貴縣出土，具有漢式特點，反映了秦漢以來越漢兩族雜居，相互影響，逐漸融合的趨勢。 　?。▓D片來源：中國國家博物館網(wǎng)站）

鏈接 　　中國發(fā)現(xiàn)的最早青銅器 　　這是迄今為止中國發(fā)現(xiàn)的時代最早的一件青銅器，為單范鑄成，于1978年在甘肅東鄉(xiāng)林家出土。1981年，北京鋼鐵學院（現(xiàn)北京科技大學）冶金史專家檢驗出其金屬成分為銅錫混合物。 　?。▓D片來源：中國國家博物館網(wǎng)站）

潛偉（右二）研究團隊在研究金屬文物。 　　魏 東攝

中國科技工作者研制的青銅文物成分分析標樣。

　　近年來，中國科技考古領(lǐng)域發(fā)展迅速，其中對金屬文物價值認知的研究，已經(jīng)在一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要進展。為此，本報記者（以下簡稱“問”）采訪了北京科技大學科技史與文化遺產(chǎn)研究院院長、國家重點研發(fā)計劃“可移動文物價值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)（無機質(zhì)類）”項目首席專家潛偉教授（以下簡稱“答”）。

　　金屬文物印證了人類文明發(fā)展歷程，采用科技手段進行價值認知是金屬文物科技研究的趨勢

　　問：金屬器具的使用，是人類社會進入到文明階段的重要標志之一。中國歷史悠久、規(guī)模龐大的金屬文物有哪些特點？

　　答：金屬文物見證了人類文明的發(fā)展歷程，蘊含著豐富的價值與內(nèi)涵。一個國家或民族的金屬文物，反映了其文明發(fā)展進程。中國的金屬文物也是如此。

　　比如，中國商周時期的青銅器使用了獨特的范鑄技術(shù)，以此形成獨特的藝術(shù)造型以及繁復精美的紋飾。這使得當時的青銅器具有明顯區(qū)別于其他地區(qū)的典型特征。再比如，中國是鑄鐵技術(shù)的發(fā)明地，春秋戰(zhàn)國時期發(fā)明了液態(tài)生鐵的冶煉方法，生產(chǎn)出鑄鐵產(chǎn)品；通過后續(xù)的熱處理和脫碳技術(shù)，再得到各種鋼材，從而形成了獨有的生鐵和制鋼技術(shù)，而歐洲直到公元12、13世紀才開始出現(xiàn)生鐵冶煉技術(shù)。

　　冶銅、冶鐵技術(shù)并不是在中國最早出現(xiàn)，但是歷史上中國人在先進的高溫技術(shù)條件下，在鑄造技術(shù)方面取得了很大的發(fā)展，與西方擅長的鍛造技術(shù)有明顯的不同。可以說，中國金屬文物真實記錄并反映出中華文明形成和發(fā)展進程中技術(shù)的演變。

　　中國金屬文物科技研究重點，集中于材質(zhì)分析檢測、工藝重建和產(chǎn)地溯源，以此探知歷史原貌及影響

　　問：目前，中國在金屬文物科研領(lǐng)域的重點是什么？

　　答：目前來看，中國金屬文物科技的研究重點，集中于通過現(xiàn)代科技手段分析檢測金屬文物的材質(zhì)和工藝，以及產(chǎn)地溯源，關(guān)注金屬文物的物料來源、生產(chǎn)工藝、組織方式和產(chǎn)品流通等問題，以及其對中華文明形成和發(fā)展的影響。

　　比如對二里頭青銅器的研究，從造型上可知，其與同時期的陶器器物類型相似，可以證明是中國本地生產(chǎn)的。通過成分分析可知其主要為銅錫合金，因此，現(xiàn)在還要關(guān)心其銅錫合金的合金化是如何實現(xiàn)的。通過對二里頭遺址發(fā)現(xiàn)的鑄造遺址研究可以探知，其往往是先從其他地區(qū)運來銅料，在此地鑄造并同時加入錫料進行合金化。

　　對三星堆青銅器的研究，通過顯微CT等技術(shù)對一號坑、二號坑的神樹進行研究，發(fā)現(xiàn)其鑄造工藝與中原青銅器是一致的，許多紋飾也可以在中原青銅器中找到相似的，說明其文化與中原地區(qū)的商代青銅文化是同根同源的，反映了中華文明多元一體的格局。當然，因為尚未發(fā)現(xiàn)青銅冶煉鑄造的遺址，其產(chǎn)地來源還待進一步的研究，特別是其高放射性成因鉛的來源問題，還未得到解決，鉛同位素比值方法可能會幫助尋找到礦產(chǎn)資源及冶煉地。

　　再比如鐵器，通過對早期鐵器的顯微組織和成分分析，發(fā)現(xiàn)有塊煉鐵和鑄鐵兩種工藝，特別是公元前6世紀以后，鑄鐵及鑄鐵制鋼的產(chǎn)品數(shù)量明顯偏多。

　　問：這些發(fā)現(xiàn)能夠說明什么呢？

　　答：塊煉鐵不宜大規(guī)模生產(chǎn)，對農(nóng)具和農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻有限；而中國鑄鐵技術(shù)發(fā)明以后極大地改進了這點?，F(xiàn)在通過材質(zhì)檢測，可以證明中國鑄鐵比塊煉鐵的比例高，實證了鑄鐵與農(nóng)業(yè)的關(guān)系。中原地區(qū)逐漸發(fā)展出來了鑄鐵的技術(shù)，能夠高效大量生產(chǎn)鐵兵器和鐵農(nóng)具，這對中國農(nóng)耕文明的穩(wěn)定和發(fā)展起到了巨大的作用。

　　問：從全球的發(fā)展來看，對金屬文物的研究都通過哪些方式開展？

　　答：一般來講，使用現(xiàn)代科技手段分析檢測金屬文物的成分、組織結(jié)構(gòu)是目前最常用的方式。

　　金屬文物科學研究方法通常是首先經(jīng)過取樣制樣，進行金相研究也就是在顯微鏡下觀察研究其形貌特征和組織結(jié)構(gòu)，從而判斷加工工藝；再通過掃描電鏡能譜分析進行樣品和微區(qū)的成分分析，獲得整體和局部的成分結(jié)果；有的還用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜分析等手段獲得夾雜物或微觀相的更精確的成分數(shù)據(jù)。

　　進入21世紀以來，以材料表征技術(shù)為代表的現(xiàn)代科技手段在金屬文物價值認知研究中的應(yīng)用已趨于常態(tài)化。目前，國際上的主流研究模式是在大量獲取金屬文物分析檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，甄選并構(gòu)建精確反映其原料、生產(chǎn)、流通與使用過程的特征指標體系，揭示其制作技術(shù)起源、發(fā)展、演變規(guī)律及其與社會其他方面的相互關(guān)系。

　　問：現(xiàn)在對于金屬文物的研究，與原來相比有什么不同，為什么原來的方法“不夠用”？

　　答：金屬文物與其他金屬類檢測分析的目標并不完全相同。文物價值的多元屬性決定了其關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)具有復雜性和多樣性，簡單移植通用的技術(shù)方法已難以滿足研究需要。

　　比如，金屬文物常帶有銹跡，掃描時難以躲避銹蝕的干擾，造成成分分析數(shù)據(jù)不準確。以前的分析檢測往往是取樣分析，對文物也會造成一定的破壞，期待開發(fā)出來更準確的無損分析方法。還有各實驗室因為儀器設(shè)備等不同，造成所得數(shù)據(jù)的可比性或者說可通約性比較差，影響了進一步的綜合研究。

　　此時，就需要做好一些基礎(chǔ)的工作，需要在成分分析的時候引入標準參考物質(zhì)，也就是我們常說的標樣。國際上已經(jīng)有了一些銅錫青銅標樣，但是對于中國青銅器常見的高錫青銅、高鉛青銅的現(xiàn)實情況，卻缺乏這個組分的可靠標樣。

　　另一個基礎(chǔ)性工作，就是需要統(tǒng)一金屬文物分析檢測方法以及多元信息提取的標準，減少人為因素干擾造成的分析結(jié)果不準確的情況。比如，判別鐵器加工工藝時，以往通過金相觀察和掃描電鏡只可以簡單判別；但如果這個鐵器文物是經(jīng)過反復加工的，使用了較復雜的工藝，那傳統(tǒng)的方法就不夠用了，不能得到令人滿意的結(jié)果。

　　中國對金屬文物的科學研究方興未艾，在許多方面已經(jīng)處在世界領(lǐng)跑位置

　　問：目前，金屬文物科技研究的水平到了哪個階段？

　　答：回顧金屬文物的研究歷史，大體也可以分成這么幾個階段，早期的金屬文物的類型學研究，通過比較不同地區(qū)文物的外形特征，可以進行文化的分區(qū)，可以看成是博物學傳統(tǒng)；接著是金屬文物研究的數(shù)理科學傳統(tǒng)，對金屬文物開展的各種物理化學的檢測分析，通過數(shù)理統(tǒng)計等方法，判斷金屬文物的材質(zhì)、工藝、產(chǎn)地來源等；再接著是金屬文物研究的實驗傳統(tǒng)，可通過模擬實驗摸索制作工藝，實現(xiàn)工藝重建。

　　現(xiàn)在，對金屬文物的研究已經(jīng)發(fā)展到了大數(shù)據(jù)時代。通過對金屬文物數(shù)據(jù)進行整理、清洗，形成有效的數(shù)據(jù)庫，進而建立中國古代材料基因庫，通過數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等，實現(xiàn)金屬文物價值的挖掘和活化利用。

　　問：中國對金屬文物的研究水平如何？

　　答：近年來，我國金屬文物價值認知研究方興未艾，已經(jīng)取得了長足進步。突出表現(xiàn)在以現(xiàn)代科學技術(shù)為支撐、多學科交叉研究的范式已初步形成。目前，我國學者在國際主要期刊《考古計量學》和《考古科學雜志》發(fā)表的關(guān)于金屬文物研究的論文數(shù)量居世界前列。北京科技大學還主辦了世界上第一份以古代材料研究為特色的國際學術(shù)期刊《古代材料研究進展》。中國的科學工作者也在著手準備成立國際材料科技文明史學會?？梢哉f，我們在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)從跟跑、并跑，現(xiàn)在進入到領(lǐng)跑的發(fā)展階段。

　　研制出青銅文物標樣，提出古代鋼鐵材料中夾雜物分析輔助加工工藝判別的方法

　　問：在金屬文物領(lǐng)域的研究，中國科技工作者能為世界遺產(chǎn)作出什么貢獻？

　　答：2020年啟動的國家重點研發(fā)計劃“可移動文物價值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)（無機質(zhì)類）”項目，包括金屬文物價值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)的研究課題，目的就是針對上述金屬文物分析檢測中的一些關(guān)鍵問題開展攻關(guān)研究。目前這一項目已接近尾聲，取得了許多成果。

　　比如，在金屬文物的標準參考物質(zhì)方面，中國科技工作者著重進行了青銅文物標樣的研制。由于青銅合金的成分偏析嚴重，制作達到符合要求的均勻性和準確性的標樣難度很大。目前，我們已經(jīng)研制完成了新的4種標樣，主量元素錫含量分別為10%到25%，鉛含量從0%-5%，可彌補已有標樣的成分區(qū)間空白。

　　制備完成的青銅標樣，分別提交給國內(nèi)的研究機構(gòu)如中國社會科學院考古研究所、中國國家博物館、北京大學、中國科學院大學、陜西省考古研究院等機構(gòu)的相關(guān)實驗室，采用不同的分析方法進行了測試。

　　問：“標樣”是不是極大提高了對青銅文物的研究判斷水平？

　　答：是的。我們將各個實驗室的測試分析數(shù)據(jù)進行匯總，再與標樣的參考值進行比較，從而驗證了各實驗室分析方法的精確度、準確度，也實現(xiàn)了實驗室之間這個數(shù)據(jù)的可再現(xiàn)性。用標樣校準分析儀器，是獲得準確分析結(jié)果的前提。本套標樣的推廣應(yīng)用，可以滿足金屬文物科學分析對標樣的需求，能夠使研究者的分析數(shù)據(jù)更加具有公開性和可對比性，促進了數(shù)據(jù)的共享，也為青銅成分分析數(shù)據(jù)的有效積累與大數(shù)據(jù)研究奠定基礎(chǔ)。

　　問：在鐵器制作中會產(chǎn)生不同類型夾雜物，通過夾雜物的形貌、成分、組織和分布等特征，可推測其加工工藝，在鐵器文物研究方面，中國科技工作者取得了哪些進展？

　　答：對中國古代材料中獨特的灌鋼產(chǎn)品，研究了其灌鋼工藝中的夾雜物形成機理，利用激光高溫共聚焦掃描顯微技術(shù)原位分析灌鋼工藝的夾雜物行為，發(fā)現(xiàn)了樣品的生鐵層和熟鐵層呈現(xiàn)出來的不同形貌變化現(xiàn)象。

　　基于文物材料表征和模擬實驗的結(jié)果，現(xiàn)在已經(jīng)初步建立起古代鋼鐵冶金過程中夾雜物產(chǎn)生與生長的模型。比如分析出高磷、高鈣相夾雜可作為區(qū)別炒鋼產(chǎn)物的重要標志之一。通過綜合這個領(lǐng)域的研究成果，中國的科技工作者提出了中國古代鑄鐵、韌性鑄鐵、鑄鐵脫碳退火鋼、熟鐵等鋼鐵制品夾雜物形貌、成分、主要類別、尺寸、分布、數(shù)量等特征，研究成果“一種古代鑄鐵與塊煉鐵制品的判別方法”還獲得了國家發(fā)明專利。

　　初步建立金屬文物多元信息提取的方法體系，金屬文物標本庫和數(shù)據(jù)庫正在建設(shè)中

　　問：前面提到，作為金屬文物價值認知的基礎(chǔ)性框架，信息采集的規(guī)范化、標準化和數(shù)據(jù)庫建設(shè)是非常重要的工作。目前這方面的工作進展如何？

　　答：為了能夠為后期的深入研究提供可靠、可比較的數(shù)據(jù)支撐，目前，中國的科技工作者已經(jīng)初步建立了金屬文物多元信息提取的方法體系，包括表面形貌的信息采集、宏觀結(jié)構(gòu)分析、信息采集分析、樣品的取樣原則、樣品的材質(zhì)分析方法、微觀結(jié)構(gòu)分析、器物制作工藝的重建原則以及金屬材料產(chǎn)地溯源等。在開展金屬文物標本庫和數(shù)據(jù)庫的建設(shè)的同時，中國科技工作者制定了相應(yīng)的規(guī)范標準。

　　目前，金屬文物科技標本庫和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)開始建設(shè)，已經(jīng)歸納形成了標本庫與數(shù)據(jù)庫建設(shè)及共享的系列標準規(guī)范。為統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)保存和利用、信息共享提供了重要的技術(shù)依據(jù)，同時也為金屬文物的技術(shù)研究及價值認知提供了支撐，形成金屬文物多元信息共享的服務(wù)平臺，成為國家文物科技資源平臺的重要組成部分。

　　將來，通過標本庫信息管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)標本在北京、上海、西安的異地存儲和統(tǒng)一管理并與數(shù)據(jù)庫形成關(guān)聯(lián)。

　　問：從全球范圍在這一領(lǐng)域的研究進展來看，您如何判斷中國科技工作者工作和成果的價值？

　　答：我們的工作還在進行中。最近的這些成果應(yīng)該說是有積極意義的，前面舉例的幾項新進展都是彌補了世界上相關(guān)研究的空白。比如標準參考物質(zhì)的研制方面，我們新研制的高錫青銅的樣品可以很好地覆蓋、彌補和滿足目前多種金屬文物分析所需。在鐵器夾雜物的分析方面，國外同行更多地是將其作為產(chǎn)地來源分析的一種手段，而我們進行鐵質(zhì)文物加工工藝的判別，擴大了應(yīng)用場景。

　　目前為止，世界上主要金屬文物成分分析數(shù)據(jù)庫，都是通過收集、整合已有數(shù)據(jù)，基于地理信息技術(shù)，構(gòu)建歐亞大陸古代金屬研究的數(shù)據(jù)庫，這基本上未產(chǎn)生新的分析數(shù)據(jù)。同時，這些數(shù)據(jù)庫中關(guān)于中國樣品的信息比較少?；谥袊饘傥奈锏臉吮編旌蛿?shù)據(jù)庫的建立，對金屬文物的材質(zhì)成分、組織結(jié)構(gòu)、制作工藝、材料性能和使用功能的關(guān)系進行綜合研究，是第一次實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的金屬文物研究，這在方法論上也有著積極意義。

　　潛  偉：北京科技大學科技史與文化遺產(chǎn)研究院院長、教授，國家重點研發(fā)計劃“可移動文物價值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)（無機質(zhì)類）”項目首席專家，研究方向為冶金技術(shù)史、工業(yè)遺產(chǎn)、科技與社會。

　　延伸閱讀

　　金屬文物價值認知包括信息提取和綜合闡釋兩個方面。前者重在文物的成分、結(jié)構(gòu)、功能、工藝等關(guān)鍵信息的系統(tǒng)獲取與科學表征；后者則強調(diào)自然科學與人文社會科學的交叉融合，深入挖掘金屬文物的多元內(nèi)在價值。實現(xiàn)上述目標，都需要諸多關(guān)鍵技術(shù)提供支撐。

　　延伸閱讀

　　基于夾雜物分析的鐵質(zhì)文物加工工藝判別方法，是鐵質(zhì)文物科學價值認知的關(guān)鍵技術(shù)。中國科技工作者著重開展了炒鋼、灌鋼等工藝的研究。

　　炒鋼是一種在半熔融狀態(tài)下將生鐵炒煉成熟鐵的工藝，中國古代多數(shù)熟鐵制品是炒鋼而成；灌鋼是一種將生鐵和熟鐵合煉成高碳鋼的工藝，是中國古代制備高質(zhì)量刀劍的常用方法。