3000多年前的青銅牛尊“復活”了？西北工業大學文化遺產研究院青銅研究團隊聯合中國社會科學院考古研究所、墨爾本大學等機構，在對河南安陽殷墟出土的著名青銅器亞長牛尊鑄造工藝進行研究時，成功復原了這一著名青銅器的澆注與凝固過程。
團隊通過三維掃描技術與凝固模擬實驗，首次揭示了商代工匠通過控制陶范型腔結構、優化澆冒口設置等工藝，實現青銅器等壁厚設計的科學邏輯。相關成果近日發布在《考古科學雜志》。
科學方法重現青銅器鑄造工藝
西北工業大學文化遺產研究院副教授楊歡介紹，我國的青銅時代約始于距今4000年前后，在大約3000年前，青銅器的制作已成為當時最重要的手工業生產活動。商代晚期的工匠使用獨特的塊范法鑄造了大量工藝精湛的“國之重器”，供當時的王室貴族祭祀天地諸神與祖先，祈求豐收、勝利與健康，鑄就了我國古代光輝燦爛的青銅文化。商代晚期的青銅器在材質、工藝和造型上均達到了青銅藝術的巔峰，是人類青銅文明的重要組成部分。
西北工業大學文化遺產研究院副教授楊歡正在觀察牛尊細節。西北工業大學供圖
長期以來，學者們通過對青銅工藝的研究，來認知我國青銅時代的社會結構、經濟與技術等多方面的內容。盡管前期研究已經很好的解決了諸如工藝流程、物料選擇等重要問題。然而目前中外學者共同面臨的問題是：如何通過科學方法準確還原3000多年前的青銅鑄造工藝，從而更好地認知與詮釋精湛的古代技藝。
為了解決考古學重要問題并準確認知我國古代冶金技術成就。自2019年起，西北工業大學文化遺產研究院青銅工藝研究團隊結合該校材料科學等優勢學科，與凝固技術國家重點實驗室合作，率先將凝固理論與模擬方法用于古代青銅器的研究之中，將青銅工藝研究提升至動態化、可視化、可計算化的新層面。研究開展五年來，取得了豐富的科研成果。
以缺陷控制實現完美器物
2023年，受中國社會科學院考古研究所安陽工作站合作委托，團隊展開了對殷墟出土著名青銅器亞長牛尊的凝固過程復原。這件商代晚期的青銅牛尊出土于殷墟花園莊54號墓，墓主人為高等級武將亞長。
作為殷墟出土的唯一牛形青銅器，牛尊以其生動的造型和精美的紋飾，自出土以來便備受研究者與公眾的關注。
商人重酒，尊因此成為當時最重要的酒器。牛尊作為安陽殷墟出土的代表性青銅器，其動物造型的鑄造難度遠高于普通的尊。對其鑄造工藝的研究，將有助于學術界深入了解商周時期青銅鑄造的精湛技藝。
牛尊三維模型及剖面尺寸示意圖。西北工業大學供圖
團隊通過對古代陶范材料的熱物性參數進行測量、計算，以及對關鍵邊界條件如青銅與陶范界面換熱系數的長期研究與攻關，獲取了關鍵材料數據。結合牛尊本體與陶范的三維建模，成功復原了這一著名青銅器的澆注與凝固過程。
牛尊凝固過程的觀察，揭示了商代晚期鑄造工藝的多項成就，如澆、冒口設計與金屬墊片（內冷鐵）的應用。“當時工匠對澆冒口的選擇，做到了今天材料科學視角下的最優解，展現了工匠的高超智慧。”楊歡解釋，團隊在模擬時，曾經嘗試將之前根據考古觀察得出的澆冒口進行互換，結果發現器物的整體缺陷增加了一倍不止。
此外，牛尊的整體造型嚴格遵守了壁厚均等設計原則。除了腹腔之外，牛尊的角與四足均為中空，整體約保持了3毫米的壁厚，僅在牛蹄接觸地面的部位厚度為5毫米，為整件器物提供了很好的支撐功能。
值得一提的是，牛尊的右后足與腹腔連接部位壁厚略厚，達到了7毫米左右。研究發現，這并非設計失誤，而是工匠為適應澆口功能而進行的巧妙調整，體現了高超的技術創造力。這樣的器物設計，使得器物的充型的過程中銅液流暢，極大的減少了鑄造缺陷的產生。這一研究成果生動還原了商代工匠“以缺陷控制實現完美器物”的智慧。
“這些技術，至今仍擁有很強的生命力，甚至成為今天鑄造行業的重要原則（如等壁厚設計、冷鐵的應用），顯示了我國古代金屬技術的強大生命力。”楊歡進一步解釋說，正因為在3000年前的商代晚期，工匠熟練的掌握了鑄造核心技術，并且運用到了青銅器的鑄造工藝中，才使得一件件青銅精品得以誕生，從而締造了古代中國獨特的青銅時代。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jas.2025.106243
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