3000多年前的青銅牛尊”復活“了？西北工業(yè)大學文化遺產(chǎn)研究院青銅研究團隊聯(lián)合中國社會科學院考古研究所、墨爾本大學等機構(gòu)，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(jié)構(gòu)、優(yōu)化澆冒口設置等工藝，實現(xiàn)青銅器等壁厚設計的科學邏輯。相關成果近日發(fā)布在《考古科學雜志》。
科學方法重現(xiàn)青銅器鑄造工藝
西北工業(yè)大學文化遺產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)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(zhì)、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(yè)大學文化遺產(chǎn)研究院副教授楊歡正在觀察牛尊細節(jié)。西北工業(yè)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(jié)構(gòu)、經(jīng)濟與技術等多方面的內(nèi)容。盡管前期研究已經(jīng)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(yè)大學文化遺產(chǎn)研究院青銅工藝研究團隊結(jié)合該校材料科學等優(yōu)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(tài)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(xiàn)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(yè)大學供圖
團隊通過對古代陶范材料的熱物性參數(shù)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(shù)的長期研究與攻關，獲取了關鍵材料數(shù)據(jù)。結(jié)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(nèi)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(yōu)解，展現(xiàn)了工匠的高超智慧。”楊歡解釋，團隊在模擬時，曾經(jīng)嘗試將之前根據(jù)考古觀察得出的澆冒口進行互換，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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(diào)整，體現(xiàn)了高超的技術創(chuàng)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(chǎn)生。這一研究成果生動還原了商代工匠“以缺陷控制實現(xiàn)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(yè)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。（來源：中國科學報 李媛）
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jas.2025.106243