金属技术的发生和演进在早期文明史上是具有划时代意义的重大事件。从史前时代到文明时代的转变，是以金属的发现、金属工具的制作和使用为界标的。使用陶范铸造技术制作青铜礼器是中国青铜时代最为突出的特点，这一点迥异于西亚、中亚和欧洲等地使用锻打技术制作兵器、工具、装饰品以及使用失蜡法制作雕像的传统。二里头文化时期是这一技术体系形成的关键时期。
在二里头文化时期，青铜器开始规模化生产，贵重的青铜器作为礼器的特质开始出现。根据最新的统计，二里头遗址出土铜制品的数量超过了250件，已经发表的近170件。冶铸遗物主要发现于二里头遗址IV区和V区的建筑基址、灰坑和地层中，其中宫殿区发现17件，包括铜渣和矿石；作坊区发现55件，包括铜渣、坩埚、浇勺、陶范、泥芯等遗物。二里头一期铜器数量很少，仅有一些铜块和铜刀等小型工具；二期除了刀、锥等小型工具外，还出现了铜铃、镶嵌绿松石的铜牌饰；三期器类和数量显著增加，有工具、武器、容器等，出现了爵、戈、戚等器物；四期容器种类丰富，出现鼎、盉、斝、觚等器物。二里头时期青铜器器壁普遍比较轻薄，纹饰简单，为单层花纹。礼器中酒器突出，代表器物是爵、斝、盉，爵与盉往往相配使用，也有鼎、鬲等炊食器，兵器已占较大比重。
二里头遗址出土铜器的材质非常复杂，共计有红铜、锡青铜、铅锡青铜、铅青铜、砷铜、锡砷铜、铅砷铜、铅锡砷铜八种类型，人们已经认识到锡、铅的加入对青铜器的机械性能和铸造性能的影响。容器多为三元合金，工具有较高的锡含量。但是，大部分青铜器的锡含量不高，与之前新石器时代晚期和之后二里冈文化出土的铜器相比，具有早期冶金技术从发端迈向成熟和规范的发展期特点。从二里头一期到四期，红铜逐渐减少，但始终占有一定的比例；含砷铜器也在逐渐减少，但存在波动；锡青铜和铅锡青铜逐渐增加。三、四期显著地出现大量应用铅锡青铜的情况，特别是四期，铅含量有较大提高，说明合金材质发生了较大变化，可能与使用的矿料来源和冶炼技术的变化有关。
二里头二、三期时主要使用一种矿源，新砦期与二里头二、三期铜器的矿料来源有可能较为接近。这或许意味着在夏纪年晚期之前，有着比较稳定的矿料来源。这种矿源在二里头四期时逐渐弃用，转为使用另一种矿源，后者为偃师商城所继承。随着青铜生产规模的扩大，人们需要不断寻找新的矿源以满足对原料的巨大需求，二里头文化铜器的重要铜料来源之一可能是晋南地区的中条山。
巴纳指出，由于铜容器形制上的复杂性，复合陶范铸造技术（块范法）很可能是专为制造铜容器而发明的，这是早期金属技术的一大飞跃，它不像锻造技术是靠改变金属的形状制造器物，而是靠改变金属性状和使用复杂的组合陶范制造器物，后者因涉及金属的合金化问题及“陶”与“铸”的关系而使得技术较为复杂。比如，陶范的材料选取和制作要符合铸造性能的要求，多块陶范的拼合使得铸型配合及对强度的要求增加。二里头出土的陶范上多有刻划符号，一些陶范上有榫卯结构，就是为便于合范而设置的。此外，二里头遗址出土的铜爵壁厚最薄处不足1毫米，如何控制陶范的变形，不使型腔尺寸受影响，如何控制充型平稳性，不使铸件产生气孔等缺陷，都是技术性很强的问题。
二里头文化一、二期，铜刀、锥、牌饰等简单器物可以用双面范制作。二里头文化三、四期出土了爵、鼎、斝、盉、觚等青铜容器，造型复杂，器壁匀薄，浑铸成形，可能采取正浇的方式，显示了一定的铸造技术。铜爵是出土最多的容器，大部分爵都是2块外范，并在腹、足间各设一内芯，只有少数爵存在水平分范，腹部2块外范，足部3块外范。3件铜斝中，有1件使用2块外范，在腹口、足间各设一内芯，2件使用3块外范以三足中脊分型，由口部向下兜底。后者是二里冈文化及殷墟时期爵和斝的常见铸型方式。
尽管此时的铜器相对比较简单，形制往往是仿自同期或略早的陶、石等器，还保留一定程度的原始性，但已肇建了中国青铜器的基本构架，形成了中国青铜器的独立传统——特殊的形制和块范法。此时已具备陶范铸造的基本技术特征：按照垂直和水平方向进行分范设计；合范时严格的定位技术 （画线和销钉）；一些简单器形铜器（如工具和兵器）的铸型设计已成熟；纹饰的设计沿水平方向展开，在范上制作等。后者是中国青铜器范铸技术最重要的特征之一，即在青铜器成形之前，纹饰的设计、施工在制范的过程中预先完成。这种技术过程和理念迥异于以美索不达米亚和古埃及地区为代表的青铜器成形后再在器表上直接施加纹饰的技术传统。
二里头时期已经出现分铸法和泥芯撑技术的应用。河南洛宁的一件角，其流部后铸接于器身。这种技术起源于补铸，直到早商时期，才在盘龙城遗址出土的青铜器中有更多的应用。爵鋬上的长三角形镂孔，是范自带鋬部泥芯上的三角形凸块形成的，是泥芯撑技术的最早应用。而某些爵假腹部分的镂孔，是在底范上设置突起的小块，浇注后形成的孔洞。这些小块用于底范或泥芯与外范之间的定位以及保持壁厚，具有泥芯撑的功用。
目前已发现的二里头文化近20件牌饰中，均装饰绿松石镶嵌而成的兽面纹，兽面纹构图复杂而规整，显示出高超的镶嵌工艺。牌饰有两种装饰方式：一种纹饰主体是由凸出的铜框架构成，绿松石几乎都被切割成长方形的片，规整地从上到下成行排列；另一种则相反，纹饰由绿松石组成的纹带来表达，绿松石被切割成不同的形状，排列成弧曲的宽带构成兽面和兽角。
二里头文化时期已有大型专业青铜作坊出现。出土的熔炉推测直径约20厘米，深约18厘米，处于竖炉熔炼的初期阶段。浇铸的工场、可能用于烘烤陶范的陶窑、预热陶范的房子等，展现出铸铜工艺及设施的专门化。遗址出土有大量熔炉残片、大量陶范和1件石范。研究显示二里头时期的陶范材料由经过淘洗的黄土制成，具有高粉砂、低黏土、高孔隙率的微观结构，与黏土含量很高的制陶原料完全不同。造型材料的选择与制备工艺的基本规范和方法，在二里头时期已经形成。
由此可见，块范法铸造技术传统的形成，是文化和技术交流、发展及选择的必然结果。首先，二里头文化时期的新兴贵族需要将青铜器作为彰显身份、铸鼎象物的载体。其次，中原地区地处广袤的黄土地带，黄土具备良好的复印性、可雕性以及较高的耐火度等，非常适合青铜铸造需要。最后，自新石器时代以来，高超的陶器制作技术传统就使得工匠熟练掌握制模翻范技术以及高温技术。
遥想四千年前的中原大地，青铜容器的出现揭开了青铜时代礼乐制度的序幕。发达的青铜冶铸技术以及对金属资源的控制、青铜生产的组织管理，奠定了礼乐制度的物质基础。
作者系中国社会科学院科技考古与文化遗产保护重点实验室研究员
来源：中国社会科学报
责任编辑：徐鑫
新媒体编辑：崔岑
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