中國各地的博物館大多匯集有各時(shí)期的當(dāng)?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(dá)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(shí)的“鎮(zhèn)館之寶”。本報(bào)記者 齊 欣攝

銅是人類最早認(rèn)識(shí)和使用的金屬之一。到新石器時(shí)代晚期和夏代早期，中國已進(jìn)入青銅時(shí)代，而到商周時(shí)期，青銅文化發(fā)展到鼎盛并逐步擴(kuò)大影響范圍。這件西漢時(shí)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(diǎn)，反映了秦漢以來越漢兩族雜居，相互影響，逐漸融合的趨勢。（圖片來源：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(shí)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(xué)院（現(xiàn)北京科技大學(xué)）冶金史專家檢驗(yàn)出其金屬成分為銅錫混合物。（圖片來源：中國國家博物館網(wǎng)站）

　　潛偉（右二）研究團(tuán)隊(duì)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(biāo)樣。

陶器、青銅器、鐵器、瓷器和玻璃等文物，不僅展示了中華文明的燦爛成就，也實(shí)證了中華文明起源與發(fā)展的歷史脈絡(luò)以及對(duì)世界文明的貢獻(xiàn)

——訪北京科技大學(xué)教授潛偉

近年來，中國科技考古領(lǐng)域發(fā)展迅速，其中對(duì)金屬文物價(jià)值認(rèn)知的研究，已經(jīng)在一些關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展。為此，本報(bào)記者（以下簡稱“問”）采訪了北京科技大學(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院院長、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可移動(dòng)文物價(jià)值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)（無機(jī)質(zhì)類）”項(xiàng)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(jìn)行價(jià)值認(rèn)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(huì)進(jìn)入到文明階段的重要標(biāo)志之一。中國歷史悠久、規(guī)模龐大的金屬文物有哪些特點(diǎn)？

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

比如，中國商周時(shí)期的青銅器使用了獨(dú)特的范鑄技術(shù)，以此形成獨(dú)特的藝術(shù)造型以及繁復(fù)精美的紋飾。這使得當(dāng)時(shí)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(shí)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(dú)有的生鐵和制鋼技術(shù)，而歐洲直到公元12、13世紀(jì)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(jìn)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(shí)記錄并反映出中華文明形成和發(fā)展進(jìn)程中技術(shù)的演變。

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

問：目前，中國在金屬文物科研領(lǐng)域的重點(diǎn)是什么？

答：目前來看，中國金屬文物科技的研究重點(diǎn)，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(duì)中華文明形成和發(fā)展的影響。

比如對(duì)二里頭青銅器的研究，從造型上可知，其與同時(shí)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(shí)現(xiàn)的。通過對(duì)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(yùn)來銅料，在此地鑄造并同時(shí)加入錫料進(jìn)行合金化。

對(duì)三星堆青銅器的研究，通過顯微CT等技術(shù)對(duì)一號(hào)坑、二號(hào)坑的神樹進(jìn)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(dāng)然，因?yàn)樯形窗l(fā)現(xiàn)青銅冶煉鑄造的遺址，其產(chǎn)地來源還待進(jìn)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(huì)幫助尋找到礦產(chǎn)資源及冶煉地。

再比如鐵器，通過對(duì)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(jì)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(duì)農(nóng)具和農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)有限；而中國鑄鐵技術(shù)發(fā)明以后極大地改進(jìn)了這點(diǎn)。現(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(shí)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(duì)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(duì)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(xué)研究方法通常是首先經(jīng)過取樣制樣，進(jìn)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(jìn)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?jǐn)?shù)據(jù)。

進(jìn)入21世紀(jì)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(jià)值認(rèn)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(biāo)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(huì)其他方面的相互關(guān)系。

問：現(xiàn)在對(duì)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(biāo)并不完全相同。文物價(jià)值的多元屬性決定了其關(guān)鍵信息和數(shù)據(jù)具有復(fù)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(shí)難以躲避銹蝕的干擾，造成成分分析數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。以前的分析檢測往往是取樣分析，對(duì)文物也會(huì)造成一定的破壞，期待開發(fā)出來更準(zhǔn)確的無損分析方法。還有各實(shí)驗(yàn)室因?yàn)閮x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(jìn)一步的綜合研究。

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

另一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)，減少人為因素干擾造成的分析結(jié)果不準(zhǔn)確的情況。比如，判別鐵器加工工藝時(shí)，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(gè)鐵器文物是經(jīng)過反復(fù)加工的，使用了較復(fù)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(duì)金屬文物的科學(xué)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(gè)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(gè)階段，早期的金屬文物的類型學(xué)研究，通過比較不同地區(qū)文物的外形特征，可以進(jìn)行文化的分區(qū)，可以看成是博物學(xué)傳統(tǒng)；接著是金屬文物研究的數(shù)理科學(xué)傳統(tǒng)，對(duì)金屬文物開展的各種物理化學(xué)的檢測分析，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)，可通過模擬實(shí)驗(yàn)摸索制作工藝，實(shí)現(xiàn)工藝重建。

現(xiàn)在，對(duì)金屬文物的研究已經(jīng)發(fā)展到了大數(shù)據(jù)時(shí)代。通過對(duì)金屬文物數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、清洗，形成有效的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)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(shí)現(xiàn)金屬文物價(jià)值的挖掘和活化利用。

問：中國對(duì)金屬文物的研究水平如何？

答：近年來，我國金屬文物價(jià)值認(rèn)知研究方興未艾，已經(jīng)取得了長足進(jìn)步。突出表現(xiàn)在以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為支撐、多學(xué)科交叉研究的范式已初步形成。目前，我國學(xué)者在國際主要期刊《考古計(jì)量學(xué)》和《考古科學(xué)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(xué)還主辦了世界上第一份以古代材料研究為特色的國際學(xué)術(shù)期刊《古代材料研究進(jìn)展》。中國的科學(xué)工作者也在著手準(zhǔn)備成立國際材料科技文明史學(xué)會(huì)。可以說，我們在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)從跟跑、并跑，現(xiàn)在進(jìn)入到領(lǐng)跑的發(fā)展階段。

研制出青銅文物標(biāo)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(xiàn)？

答：2020年啟動(dòng)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可移動(dòng)文物價(jià)值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)（無機(jī)質(zhì)類）”項(xiàng)目，包括金屬文物價(jià)值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)的研究課題，目的就是針對(duì)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(xiàng)目已接近尾聲，取得了許多成果。

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

制備完成的青銅標(biāo)樣，分別提交給國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)如中國社會(huì)科學(xué)院考古研究所、中國國家博物館、北京大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、陜西省考古研究院等機(jī)構(gòu)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，采用不同的分析方法進(jìn)行了測試。

問：“標(biāo)樣”是不是極大提高了對(duì)青銅文物的研究判斷水平？

答：是的。我們將各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測試分析數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，再與標(biāo)樣的參考值進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證了各實(shí)驗(yàn)室分析方法的精確度、準(zhǔn)確度，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室之間這個(gè)數(shù)據(jù)的可再現(xiàn)性。用標(biāo)樣校準(zhǔn)分析儀器，是獲得準(zhǔn)確分析結(jié)果的前提。本套標(biāo)樣的推廣應(yīng)用，可以滿足金屬文物科學(xué)分析對(duì)標(biāo)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(duì)比性，促進(jìn)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(huì)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(jìn)展？

答：對(duì)中國古代材料中獨(dú)特的灌鋼產(chǎn)品，研究了其灌鋼工藝中的夾雜物形成機(jī)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(shí)驗(yàn)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(biāo)志之一。通過綜合這個(gè)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(biāo)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(jià)值認(rèn)知的基礎(chǔ)性框架，信息采集的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)展如何？

答：為了能夠?yàn)楹笃诘纳钊胙芯刻峁┛煽俊⒖杀容^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(biāo)本庫和數(shù)據(jù)庫的建設(shè)的同時(shí)，中國科技工作者制定了相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

目前，金屬文物科技標(biāo)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(biāo)本庫與數(shù)據(jù)庫建設(shè)及共享的系列標(biāo)準(zhǔn)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(shí)也為金屬文物的技術(shù)研究及價(jià)值認(rèn)知提供了支撐，形成金屬文物多元信息共享的服務(wù)平臺(tái)，成為國家文物科技資源平臺(tái)的重要組成部分。

將來，通過標(biāo)本庫信息管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)本在北京、上海、西安的異地存儲(chǔ)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(jìn)展來看，您如何判斷中國科技工作者工作和成果的價(jià)值？

答：我們的工作還在進(jìn)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(xiàng)新進(jìn)展都是彌補(bǔ)了世界上相關(guān)研究的空白。比如標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)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(jìn)行鐵質(zhì)文物加工工藝的判別，擴(kuò)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(shí)，這些數(shù)據(jù)庫中關(guān)于中國樣品的信息比較少。基于中國金屬文物的標(biāo)本庫和數(shù)據(jù)庫的建立，對(duì)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(jìn)行綜合研究，是第一次實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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(xué)科技史與文化遺產(chǎn)研究院院長、教授，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“可移動(dòng)文物價(jià)值挖掘及關(guān)鍵技術(shù)（無機(jī)質(zhì)類）”項(xiàng)目首席專家，研究方向?yàn)橐苯鸺夹g(shù)史、工業(yè)遺產(chǎn)、科技與社會(huì)。

延伸閱讀

金屬文物價(jià)值認(rèn)知包括信息提取和綜合闡釋兩個(gè)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(xué)表征；后者則強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)的交叉融合，深入挖掘金屬文物的多元內(nèi)在價(jià)值。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，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(xué)價(jià)值認(rèn)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。