青铜(bronze)原指铜锡合金,在工业上铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。青铜呈青绿色,根据成分其可将青铜分为锡青铜和特殊青铜。在特殊青铜中,根据主加元素又分别命名为铝青铜、铍青铜等,其具有良好的耐蚀性、耐磨性、易铸造、质硬等特点。
截止21世纪初期,世界上发现的青铜所铸的青铜器最早出现于6000年前的四大文明古国两河流域,其中苏美尔文明时期雕有狮子形象的大型铜刀是早期青铜器的代表。中国发现的最早的青铜制品是1975年在甘肃东乡的林家村马家窖文化遗址中发现了一把完整的青铜刀,刀长12.5厘米,材料属于铜锡合金的青铜,系采用合范法铸成,年代大约在公元前3100年左右。
青铜自古至今被广泛用作城市雕塑、庙宇祭器、佛像、装饰画,以及收藏品等工艺饰品材料;在古代,青铜器除了青铜礼器和兵器这外,青铜制造的器物涉及生产和生活的各个方面,如青铜农具与工具、货币、铜镜、乐器等;到了现代,在工业领域,因其良好的耐腐蚀和耐磨性能被用于制作各种零件和器械,如泵、活门、齿轮、轴承、旋塞、弹性元件和抗磁零件等;在建筑行业中,青铜被用于制造门、轨道、招牌、铜字等材料。
青铜是Bronze(f.),这个词来自法语bronze,词源是意大利语的bronzo,而意大利语中的bronzo,可能来自今意大利南部的布林迪西的拉丁语名称Brundisium,在古典时期布林迪西是希腊重要的青铜贸易中心。
截止21世纪初期,世界上发现的青铜所铸的青铜器最早出现于6000年前的四大文明古国两河流域,其中苏美尔文明时期雕有狮子形象的大型铜刀是早期青铜器的代表。公元前3000年前后,欧洲青铜时代自东南欧开启,在之后的1500年间,欧洲大陆各地陆续迈入青铜时代的门槛。欧洲大部分地区的青铜文明具有一定的相似性,均流行青铜武器、工具与装饰品。但是,欧洲地理单元破碎,自然环境复杂多样,境内的青铜文明也因之呈现出不同的地域特征。
南欧地区深受地中海东岸新月沃地青铜文明的影响,进入青铜时代的时间较早,人像比较发达。东欧尤其是南部地区进入青铜时代的时间不晚于南欧地区,青铜器呈现出明显的草原风格,武器十分发达。在南欧和东欧青铜文明的影响下,中欧与西欧内陆进入青铜时代的时间也较早,青铜质地的农业工具较多,还流行骨灰罐、酒罐等青铜器。西欧沿海和伊比利亚半岛在南欧与西欧内陆青铜文明的影响下,结合自身的文化传统,形成了以鲤鱼舌剑、翼形斧、弯背刀等青铜器为特色的大西洋青铜文明。北欧远离青铜文明核心区,加上铜锡资源匮乏,进入青铜时代的时间较晚,其青铜文明虽深受东欧、中欧、西欧青铜文明的影响,但也创造了树形斧、太阳车等极具特色的青铜器。
4500至4000年前的龙山文化时代,相当于尧舜禹时期。据记载那时人们已经开始冶铸青铜器了。过去人们都以为这是传说。解放后,在黄河、长江中下游平原的龙山时代遗址里,经考古发掘,在几十处遗址里都发现了青铜器。这一时期,青铜器皿品种较少,且多属于日常工具和生活用品,如刀、锥、钻、环、铜镜、装饰品等。这时,一般居民也用青铜制品了,但这一时期虽然出现了青铜器,但数量极少,中国尚未进入青铜时期。
中国发现的最早的青铜制品是在甘肃东乡的林家村马家窖文化遗址中发现了一把完整的青铜刀,刀长12.5厘米,材料属于铜锡合金的青铜,系采用合范法铸成,年代大约在公元前3100年左右。
中国的青铜器时代开始于夏朝,夏、商、周时期是青铜器的鼎盛期,延续时间长达1600余年。这一时期的青铜器主要分为礼器、乐器、兵器及杂器。青铜礼器是在古代礼仪中使用的,或用于庙堂,或用于宴饮,或用于盥洗,还有一些是做殉葬的明器。所有青铜器中,礼器数量最多,制作也最精美。乐器主要用在宗庙和祭祀活动中。
中原地区夏朝建立,禹开创铸器用途之后,青铜作为礼器、祭器和武器被大规模地铸造出来。中国的青铜文化开始于公元前2500年,甘肃马家窑文化曾出土铜刀、铜凿、铜锥、铜斧、铜镜、铜戒指、铜匕等铜器产品,是截止21世纪初期是中国制造的最早的铜器。这一时期的典型文化是河南偃师二里头文化,年代大约在公元前2080年一公元前1580年间。在山西夏县、山东岳石文化、辽宁长城东边的夏家店下层文化、黄河上游的四坝文化等,这几处地方都相继出现了品类繁杂的青铜制品。青铜时代早期包括新疆的切木尔切克文化、天山北路文化、古墓沟—小河文化,黄河、长江流域的马家窑文化马厂类型、齐家文化中期、老虎山文化后期、陶寺晚期文化、王湾三期文化后期、肖家屋脊文化等。在这些文化中发现锡青铜和砷青铜,与铜共存。
从商代至西周前期,是青铜时代的中期阶段。此时期的前一段,是商代早期,约当公元前16~13世纪,以河南郑州二里冈文化为代表,此时期奴隶制国家进一步发展,青铜器数量大增,常伴有成套礼器,贝币大量出现,人殉、人牲更为普遍。后一阶段,是商代晚期至西周前期,约当公元前13~前10世纪(周穆王以前)。此时中国青铜时代达于鼎盛,也是奴隶制发展的典型时期。青铜铸造工艺相当成熟,出土大量的精美青铜礼器、武器与工具。这时的青铜文化以安阳殷墟为代表,这里是商朝的政治统治中心,也是青铜铸造业的中心。此时兴建了大规模的宫殿及陵墓,有发达的金文与甲骨文,人殉与人牲成为一种制度极为盛行,凡此种种反映出奴隶制社会的繁荣。西周的周原遗址和丰镐遗址中,发掘出周代的宫殿、宗庙和墓葬,发现了大量的青铜礼器,反映出中国古代社会的礼制已成熟。
青铜时代中期大体相当于夏朝晚期,各地铜器已经变为以青铜器为主。主要文化包括新疆的安德罗诺沃文化以及切木尔切克文化、天山北路文化、古墓沟—小河文化的晚期,甘青地区的齐家文化晚期、四坝文化,北方地区的朱开沟文化,中原地区的二里头文化等。大体相当于夏代晚期,各地铜器已经变为以青铜器为主。到公元前1600-前1046年,青铜礼器的种类大量增加,礼器以酒器组合为主,纹饰趋于繁充满神秘怪诞风格的兽面纹及其严谨的布局盛行一时,自商代晚期到西周(公元前1046-前771年)早期达到了青铜文明的鼎盛时期。
西周中期以后,青铜器开始出现一些变化,酒器组合转向注重食器的组合,青铜造型和纹饰均趋向简便、简化,铭文增多。春秋(公元前770-前476年)中期开始,由于周代的进一步衰落,各地诸侯纷纷自铸青铜礼器以显权势,青铜造型更趋轻灵,写实性的动物纹饰、雕塑增多,神秘的兽面纹很少见到,充满生活气息的现世场景出现在青铜器上,神开始让位于人。战国(公元前475-前221年)末期,青铜器更多地用于了武器制造和日常生活器皿上,如铜灯、铜镜等。战国末期,由于铁器的出现,青铜淡出了人们的视线,青铜文明开始走向了衰落,只剩下铜镜和铜币还使用青铜铸造。
秦汉,铁制品广泛使用,逐渐代替了青铜制品,日常生活用器如釜、镜等也出现铁制的了。漆器与陶器也逐步取代了青铜器。但是,这时仍较大量地生产青铜器,青铜铸造技术仍在继续发展。不过,青铜器生产已完全转到日常生活用器上来了。
青铜呈青绿色,耐蚀性比黄钢好,易铸造、质硬,可用作装饰制品。青铜硬度大,加锡20%的青铜,经锤锻后硬度可增至228,但加锡25%以上,青铜变脆;其次,青铜熔点低,且具有金属光泽和化学性能稳定。青铜表面生锈为碳酸铜,它可以阻止内部受腐蚀,起保护作用;青铜凝固后收缩率小,适合做工艺品;锡青铜耐磨性很好,硅青铜具有很好的铸造及焊接性能,铝青铜具有较高的强度、耐磨性及耐蚀性,铍青铜除了有高的强度、弹性、导电性和导热性,还有良好的耐蚀性、工艺性及撞击时不产生火花的特性,铅青铜具有高的疲劳强度,良好的导热性和减摩性。青铜化学性质稳定,相比铜不易与氧气或其他物质发生反应。
锡青铜在大气、水蒸气和海水中具有很高的化学稳定性,其在海水中的耐蚀性比紫铜、黄铜优良。所以,对那些暴露在海水、海风和大气中的船舶和矿山机械,广泛应用锡青铜铸件。但锡青铜怕酸,无机酸,特别是盐酸和硝酸,强烈腐蚀锡青铜。锡青铜在钠碱溶液中的腐蚀很厉害;在氨溶液及甲醇溶液中腐蚀也比较强烈。
铝青铜耐蚀性比锡青铜高。铝青铜的高耐蚀性主要是由于在合金表面形成致密的、牢固附着的铜和铝的混合氧化物保护膜,它遭受破坏后有自愈能力。铝青铜在淡水和海水中都很稳定,甚至在矿水中也耐蚀。在300℃以上的高温蒸气中,非常稳定。蒸气和空气的混合对铝青铜腐蚀不起作用。在酸性介质中,铝青铜有很高的耐蚀性;在碱溶液中,因碱能溶解保护膜,从而使铝青铜发生严重腐蚀,铝含量较高的铝青铜有应力腐蚀倾向。硅青铜耐蚀性与纯铜相似。
锡青铜耐磨性很好,可用于制造泵、活门、齿轮、轴承、旋塞等要求耐磨损和耐腐蚀的零件。硅青铜在撞击时不发生火花,因此特别适用于有爆炸危险的地方。
锡青铜合金液固相线结晶间隔大,液体流动性差,锡原子扩散慢,结晶时树枝晶发达,易形成分散性显微缩孔,所以收缩率小,且不易裂。适于铸造形状复杂、壁厚变化大的器件,历史上曾铸造出许多精美的古青铜器。铝青铜铸造性能不如锡青铜。
锡青铜的性能与含锡量及组织有关,在相区,Sn含量大约在10%左右,塑性最好。工业用合金中,锡的含量为3%~14%,变形合金的含锡量则在8%以下,并且往往含有磷、锌或铅等合金元素。
青铜是 Cu和 Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等元素组成的合金的统称。青铜根据成分可分为锡青铜和特殊青铜。在特殊青铜中,根据主加元素又分别命名为铝青铜、铍青铜等。
锡青铜是以锡为主加合金元素的铜合金。锡的质量分数一般为3%~14%。锡青铜具有较高的强度、硬度和良好的耐蚀性、耐磨性,铸造时流动性差,易形成分散缩孔和偏析,但收缩率小。因此,锡青铜主要用于制造各种耐磨件,以及在大气、湖水、蒸汽中工作的耐蚀件和铸造形状复杂。壁厚变化大而致密度要求不高的工件。为了进一步提高锡青铜的性能,常在锡之外加人P、Zn、Pb、Ni等合金元素,以改善锡青铜的铸造性能、弹性极限、疲劳强度和耐磨性等。
铝青铜是以铝为主加合金元素的铜合金。铝青铜中铝的质量分数为5%~10%。铝青铜具有优良的力学性能、耐蚀性和耐磨性,铸造性能也很好,是一种应用广泛的铜合金。铝青铜可采用铸造、压力加工和切削加工等加工工艺,广泛应用于机械、化工、造船、汽车、仪表、电气等领域。
硅青铜是以硅为主加合金元素的铜合金,硅青铜的硅含量质量分数小于或等于3.5%,为了改善硅青铜的性能,还可以添加锰和镍。硅青铜的性能与铝青铜类似,但其力学性能低于铝青铜,硅青铜存在类似高锌普通黄铜的自裂现象,即冷变形后在存放中有自行破裂(应力腐蚀)倾向,冷变形后的硅青铜在一定温度下进行消除应力的低温退火,可减缓自裂倾向。
铅青铜是以铅为主加合金元素的铜合金,主要用来制造高压,高速条件下工作的耐磨工件。铅青铜减摩性好,疲劳强度高,并有良好的导热性,是一种重要的高速重载滑动轴承合金。常用的铅青铜的牌号有ZCuPb30、ZCuPb10Sn10,ZCuPb15Sn8等。
铍青铜是以铍为主加合金元素的铜合金。铍青铜中铍的质量分数为7%~2.5%。铍青铜强度、硬度高,弹性极限、疲劳强度、耐磨性、耐蚀性和韧性也都很好,导电性、导热性良好,并具有耐寒、抗磁及冲击不产生火花等特性,同时还有良好的工艺性能,能进行冷、热压力加工,铸造,热处理和切削加工等。但铍青铜因价格昂贵,处理工艺较复杂,所以应用受到一定的限制。
铬青铜、锆青铜和镉青铜这类铜合金中,合金元素含量的质量分数都不大于1.0%。其特点是在具有较高的室温和高温力学性能、耐磨性能、耐蚀性能以及良好的冷、热压力加工性能的同时,还具有高的导电性能和导热性能。因此,这类铜合金广泛用于电器设备中。
青铜根据成分可分为锡青铜和特殊青铜,以锡青铜为例,锡青铜的结晶间隔宽,偏析严重,且锡扩散慢,合金难以得到平衡组织。实际组织结构如下图虚线所示。(Sn)小于6%的铸态组织为树枝状固溶体。(Sn)大于6%时为固溶体和共析体所组成。在700℃~800℃退火后,(Sn)=7%~14%的合金中共析组织消失。由于相在降温过程中析出缓慢,室温下仍为单相固溶体。
由于青铜具有的美丽外观和优良的加工性能,自古至今被广泛用作工艺饰品材料。在古时候,除广泛用作器物外,也用于精巧纤细的饰品,如汉代的青铜手镯饰品,辽朝的青铜戒指。青铜在工艺品和首饰品方面的应用发展潜力极大,特别是随着经济水平的提高,铸造青铜器发展迅速,市场需求大,产品品种多,复制、仿制、创作各种方式都有,广泛作为城市雕塑、庙宇祭器、佛像、装饰画,以及收藏品等。在首饰品方面,青铜也被用来制作各种饰品及配件,例如,希腊的一个时尚品牌曾推出珍贵青铜(Precious Bronze)系列。
在工业领域,锡青铜常被用于制造泵、活门、齿轮、轴承、旋塞等要求耐磨损和耐腐蚀的零件,还被于制作弹簧、弹片及弹性元件和抗磁零件以及储槽及其他压力下工作的化工器械等。铍青铜在工业上用来制造各种精密仪器、仪表的重要弹性元件、耐磨零件(如:钟表、齿轮、高温高压高速条件下工作的轴承和轴套)和其他重要零件(如:航海罗盘、电焊机的电极、防爆工具等)。
在建筑领域,有一种建筑青铜,85%的紫铜,加上不同数量的锌和锡,建筑青铜具有极好的锻压性能和易配合性能,可以用于楼梯扶手、装饰型件、格栅、店铺门面、绞链、锁体及工业用锻压件,部分门、轨道、招牌、铜字也可用建筑青铜制造。
在新石器时代晚期,中国人的祖先已经初步掌握了冶铜技术。用来装备军队的青铜兵器,在公元前21世纪的夏朝就已经问世。到了商代(前1600-前1046),随着青铜冶铸技术的提高,青铜兵器得到了进一步的发展,制品有长杆格斗兵器戈、矛、斧,卫体兵器短柄刀、剑,射远兵器弓箭,防护装具青铜甲、皮甲、盾等。
在古代,青铜鼎是青铜礼器中最常见的一种器物,目前见到的最早的铜鼎属于夏代晚期,在新石器时代中期就有陶鼎。鼎可以是一种炊煮食物的器具,从造型上来说有圆形的和方形的两种。方形的鼎一般属于重要的礼器,与拥有者的权力和地位密切相关,在墓葬中出土,代表墓主的地位较高,具有等级和身份的象征意义。方鼎主要流行于商代和西周早中期,西周晚期比较罕见。
青铜器除了青铜礼器和兵器这外,青铜器制造的器物涉及生产和生活的各个方面:青铜农具与工具、车马饰、货币、玺印、符节、度量衡器、铜镜、灯、乐器、杂器等。
青铜除锡锌青铜可以热轧开坯外,其他锡磷青铜及锡锌铅青铜大多采用冷轧开坯的方式生产。以锡磷青铜为例,20 世纪80年代前,采用传统的铁模铸坯-冷轧的生产工艺,锭坯小,卷重小,生产周期长,效率低,成材率低;也有采用半连续铸锭-热轧开坯的方式,但由于锡磷青铜存在中温脆性区,热轧时开裂现象严重,成品率低。国内外普遍采用水平连续铸造带坯-冷轧的工艺方式生产锡磷青铜。
典型的水平连续铸造带坯-冷轧工艺流程如下:水平连续铸造带坯→铣面(双面铣)→均匀化退火→冷轧开坏→再结品退火→清洗→中轧→再结晶退火→清洗→精轧→低温去应力退火→表面清洗一平整(拉弯矫处理)→成品剪切→检查包装→入库。
饕餮纹青铜器在商代前期已经出现,流行于殷代,西周早期仍可见。饕餮常作为一种图案化的兽面纹饰出现在商周青铜器上,称作饕餮纹,《吕氏春秋·先识览》载:“周鼎著饕餮,有首无身,食人未咽害及其身,以言报更也。”
常见的饕餮纹青铜鼎都有拱形双耳、半球形腹、圆底、三扁足,有的足底作钩状上卷,有的足部呈直立状,腹部饰饕餮纹。青铜器上的饕餮纹一般以鼻梁为中线,突出正面造型,两侧作对称排列,上端第一道是角,角下有目,较具体的饕餮纹在目上还有眉,目侧有耳,多数有爪,两侧有左右展开的体躯或兽尾,少数简略形式的则没有兽体和尾部。可以说所有的饕餮纹基本上是按这一模式塑造的,只是动物形状有所不同。其最突出特点是它的双眼:“一种神秘的威力和狞厉的美”,这是当代美学家李泽厚先生对青铜饕餮纹的断语。
四羊青铜方尊出土于湖南宁乡,商朝晚期青铜器,属于礼器,祭祀用品。它是中原地区现存商代青铜器中最大的方尊,高 58.3 厘米,重近 34.5 公斤。现藏于中国国家博物馆。四羊方尊器身方形,方口,大沿,颈饰口沿外侈,每边边长为 52.4 厘米,其边长几乎接近器身 58.3 厘米的高度。长颈,高圈足。颈部高耸,四边上装饰有蕉叶纹、三角夔纹和兽面纹。尊四角各塑一羊。肩部四角是四个卷角羊头肉,羊头与羊颈伸出于器外,羊身与烤羊腿附着于尊腹部及圈足上。尊腹即为羊的前胸,羊腿则附于圈足上,承担着尊体的重量。羊的前胸及颈背部饰鳞纹,两侧饰有美丽的长冠凤纹,圈足上是夔纹。方尊肩饰高浮雕蛇身而有爪的龙纹,尊四面正中即两羊比邻处,各有一双角龙属首探出器表,从方尊每边右肩蜿蜒于前居的中间。全体饰有细雷纹。器四角和四面中心线合范处均设计成长棱脊,其作用是以此来掩盖合范时可能产生的对合不正的纹饰。
湖南省出土的以四羊青铜方尊为代表的着力表现羊的青铜器,保留了原始的图腾崇拜,有替代羊作为牺牲献祭给神明的意思,同时还包含了对羊等家畜养殖兴旺的期盼,也可能萌芽了后世关于羊的种种观念。四羊方尊是用两次分铸技术铸造的,先将羊角与龙头单个铸好,然后将其分别配置在外范内,再进行整体浇铸。整个器物用块范法浇铸。四羊方尊集线雕、浮雕、圆雕于一器,此尊被称为臻于极致的青铜典范”。这件器物被认为是传统泥范法铸制的巅峰之作。由于这件杰作达到的水平令人难以置信,一度被误以为采取了新的铸造工艺。
铜纵目面具形象特征为:眉尖上挑,双眼斜长,眼球呈极度夸张,呈柱状向前纵凸伸出达16厘米;双耳向两侧充分展开;短鼻梁,鼻翼呈牛鼻状向上内卷;口阔而深,口缝深长上扬,似微露舌尖,作神秘微笑状。其额部正中有一方孔,可能原补铸有精美的额饰。这个面具是象征着千里眼和顺风耳,是当时的人们想象的蜀汉的蚕丛的形象。千里眼用突出的圆柱眼球来表示,象征着这双眼睛可以看到千里之外的景象,而顺风耳象征着这对大耳朵可以把所有的声音尽收耳下。
通过考察巴蜀古史和古蜀国族群的神话,结合三星堆遗址发现的眼球外凸的青铜人面像,可以认为,纵目就是直目,眼球外凸。直目人形象应该为一个种族的图腾,其实质是对“纵目”神的崇拜。青铜直目人像本身与上古蜀族的烛龙、杜宇蚕丛,以及与蜀有密切族源的有关民族如彝族有着必然联系,因此,纵目的青铜人面像包含了关于蜀国始祖的若干个神话,也表现了对“蜀”的崇拜。
曾侯乙编钟,1978年出土于随州市曾侯乙墓,年代为战国早期。钟架长7.48米、高2.65米。全套编钟共六十五件,分三层八组悬挂在呈曲尺形的铜木结构钟架上,上层为三组共19件钮钟、中下层五组共45件甬钟,及一件楚惠王赠送给曾侯乙的镈钟所组成。钟及架、钩上共有铭文3755字,内容为编号、记事、标音及乐律理论。每件钟均能奏出呈三度音程的双音,整套编钟音域可跨五个半八度,中心音区十二个半音齐备,能演奏五声、六声或七声音阶的乐曲。
青铜的编号规则是:Q+主加元素符号+主加元素含量(+其他元素含量),“Q”表示青的汉语拼音字头。例如QSn4-3表示成分(质量分数)为4%Sn、3%Zn,其余为铜的锡青铜。铸造青铜的编号前加“Z”。
读家.洛阳日报.2024-04-21
奇妙的环保灯.中国国家博物馆官方网站.2024-06-08
湖南汨罗江畔商代遗址出土青铜乐器南方罕见.新华网.2024-06-08
在德语中,“金属元素”也会砰砰作响.同济大学德国学术中心.2024-06-08
考古学 | 亚欧大陆两端的青铜文明.澎湃新闻.2024-04-21
中国青铜时代始于四千多年以前.中国社会科学院考古研究所.2024-06-08
试析青铜器纹饰——饕餮纹.临夏州博物馆.2024-06-24
商青铜兽面具.三星堆博物馆.2024-06-08
曾侯乙编钟.湖北省博物馆.2024-06-08