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[分享] 科技日报:科技助力无损检测——国宝密码·越王勾践剑

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发表于 2017-12-25 09:08:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
国宝密码·越王勾践剑丨天下第一剑是怎样炼成的?


时光回溯到52年前。1965的冬天,考古工作者在湖北江陵一座楚国的墓葬中,发现了一柄带着剑鞘的铜剑。

这柄剑长55.6厘米,宽4.6厘米。剑身中脊起棱,饰黑色菱形花纹。正面近格处有“越王勾践,自作用剑”的鸟篆铭文。剑格正面嵌蓝色琉璃,背面镶绿松石。

随后的考古研究证明,这柄剑就是传说中的越王勾践剑。尽管在地下深埋了2400多年,但宝剑不老,依旧光泽耀目。曾在博物馆一睹勾践剑真容的观众留言道,即使隔着玻璃,也能感受到宝剑光芒所透出的深深寒意。

《国家宝藏》节目截图,图片来自网络

随着近期《国家宝藏》节目的热播,“高冷”的勾践剑再次“火热”起来。勾践剑为何能千年不腐?硫化处理是防腐秘诀吗?文物无损检测有哪些新科技?小编请来湖北省博物馆文保中心副主任江旭东博士来给大家解疑释惑。

千年不腐选材用料好是首要因素

如果你看过第二期的《国家宝藏》,应该对江旭东并不陌生。1983年出生的他,从武汉大学材料物理专业博士毕业后,选择来博物馆做了一名“文物医生”。

借着这次做节目的契机,江旭东给越王勾践剑来了一次“通身体检”。距离上一次对勾践剑的无损检测,过去了40年。

越王勾践剑,图片来自网络

“(勾践剑)作为非常珍贵的文物,我们一般不会轻易地触碰它。另外,为了满足公众参观需求,它一般长期在展厅陈列,难得有机会能较长时间拿出来做科学研究。”江旭东说道。

江旭东用显微镜给勾践剑拍了上千张图片,用了两周时间拼接成一张完整大图。将图片放大,可以清晰地看到剑刃处呈现黄色树枝一样的图案。“‘树枝晶’状的金相结构,说明勾践剑是铸造而成的,进而可以对剑的合金成分进行分析”。

勾践剑剑刃剑身50倍(左)和200倍(右)的显微图片

分析发现,勾践剑中几乎不含铅,检测数据显示铅含量不足0.1%。江旭东指出,这表明勾践剑是用纯度很高的上等铜料制成的。如同现今通过多次提纯获得纯净水一般,古人也是通过一次次提纯,去除铅等杂质,炼成上等铜料。“对比同一墓葬的其它含铅的器物,如下图的铜剑含有约少量铅,其表面则腐蚀严重。因此,选材用料好,是勾践剑千年不腐的首要原因”。

望山一号墓边厢109号铜剑

含硫高的地方腐蚀反而重

选材用料好之外,剑鞘的保护,以及密封很好的水下墓葬环境,也是勾践剑千年不腐的重要因素。

勾践剑在江陵望山一号楚墓内棺中出土时,插在涂了漆的木质剑鞘里。该墓长期被地下水浸泡,墓室里面空气含量很低。墓室内一椁两棺,层层相套。椁室四周用白膏泥填塞,其下部采用的还是人工淘洗过的白膏泥,致密性更好。这样的墓葬环境,非常有利于青铜器的保护。

事实上,围绕勾践剑千年不腐之谜,一直有很多说法,硫化处理便是其中之一。而此次研究发现,剑身上含硫高的部位反而腐蚀更严重。江旭东提供的一张图片显示了与勾践剑同一墓葬出土的另两柄剑,剑身颜色越黑的地方含硫量越高。“由此可见,硫化处理并非千年不腐的原因,相反含硫高是腐蚀严重部位的特征之一”。

望山一号墓头厢109号铜剑和边厢109号铜剑

菱形纹的来历铸槽填锡

不只是千年不腐,遍布剑身的精美菱形暗格花纹同样令人称奇,代表了当时高超的铸剑工艺。

长久以来,对于菱形纹饰到底是如何形成的,考古学界众说纷纭。江旭东研究发现,菱形纹边缘有白色条纹的黑色凹槽是整体塌陷进去的,推测在凹槽里填上锡形成的花纹。

对剑身不同部位锡含量的检测数据也支持“铸槽填锡”的结论。江旭东介绍,菱形纹处锡含量最高,约31%,剑身锡含量约为24%,外侧的剑刃部分锡含量最低,约20%。正是因为填锡才能形成上述的锡含量的变化规律。据此,江旭东尝试绘制了越王勾践剑千年前的“真容”:一枚闪着黄白色光泽的宝剑。

越王勾践剑复原图(视频截图)

现在是研究勾践剑的最佳时期

采访中,江旭东指出,当下正是研究勾践剑的最佳时期。金相分析是金属材料研究的最重要手段之一。一般情况下,对金属材料进行金相分析,需要进行一系列有损的前处理工序,如切割取样、镶嵌固定、打磨抛光和金相腐蚀等。然而,对越王勾践剑这样的国宝采用这些处理工序是完全不可能的。

江旭东和同事们采用超景深显微镜,并为越王勾践剑量身定制超大载物台,这样就可以避免切割取样和镶嵌固定的工序。剑身在古代制作过程中,本身就会经历打磨抛光的处理。千年墓葬环境的腐蚀,使得勾践剑在自然条件下完成了金相腐蚀。

“这种腐蚀不同于传统意义上的产生厚实锈层的腐蚀,而是发生在金属表面微米级别以内的浅浅的腐蚀,有助于清晰地观察到它的金相结构,实现完全无损地研究越王勾践剑。”江旭东介绍道。因此,现在正是研究越王勾践剑最佳时期。

在最好的年华,遇到研究越王勾践剑最佳时期,也是件令江旭东倍感庆幸的事情。

科技助力无损检测

勾践剑的第一次“体检”也跟上电视有关。

1977年,为迎接1978年召开的全国科学大会,中央决定拍摄一部科教片《古剑》,以反映我国古代科技成就。拍摄过程中,摄制组将勾践剑送到复旦大学进行科学研究。

当时,科学家们在实验室里用质子X荧光非真空分析,对勾践剑进行无损伤的科学测定与研究,给出了勾践剑中金属成分和含量。随后将研究成果发表在了复旦大学学报上。

质子X 射线荧光分析是上世纪70 年代发展起来的一种多元素微量分析技术,利用原子受质子激发后产生的特征 X射线的能量和强度来进行物质定性和定量分析。

随着时代的进步,越来越多的无损检测技术用于文物研究和保护。江旭东介绍,利用显微镜可直观观察文物病害特征,进行病害分析;通过元素分析仪可检测出青铜器的合金成分;借助X射线探伤仪可给文物“拍片子”,从而观察其裂隙等内部缺陷。此外,一些手持的便携式检测仪用于日常文物监测。

TIPS

春秋战国时期,我国青铜剑铸造工艺已相当发达。当时的炼炉已采用皮囊鼓风加温技术。各种青铜器因用途不同,其合金成分也有差异。我国古代第一部手工艺专著《考工记》,在“桃氏为剑”一节中,详细记载了青铜剑的制作工艺。

注:文中图片除注明外均由本文受访者提供
来源:科技日报

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