青銅(bronze)原指銅錫合金,在工業上銅基合金中不含錫而含有鋁、鎳、錳、硅、鈹、鉛等特殊元素組成的合金也叫青銅。青銅呈青綠色,根據成分其可將青銅分為錫青銅和特殊青銅。在特殊青銅中,根據主加元素又分別命名為鋁青銅、鈹青銅等,其具有良好的耐蝕性、耐磨性、易鑄造、質硬等特點。
青銅詞源
編輯青銅是Bronze(f.),這個詞來自法語bronze,詞源是意大利語的bronzo,而意大利語中的bronzo,可能來自今意大利南部的布林迪西的拉丁語名稱Brundisium,在古典時期布林迪西是希臘重要的青銅貿易中心。
歷史起源
編輯國際
截止21世紀初期,世界上發現的青銅所鑄的青銅器最早出現于6000年前的古巴比倫兩河流域,其中蘇美爾文明時期雕有獅子形象的大型銅刀是早期青銅器的代表。公元前3000年前后,歐洲青銅時代自東南歐開啟,在之后的1500年間,歐洲大陸各地陸續邁入青銅時代的門檻。歐洲大部分地區的青銅文明具有一定的相似性,均流行青銅武器、工具與裝飾品。但是,歐洲地理單元破碎,自然環境復雜多樣,境內的青銅文明也因之呈現出不同的地域特征。
蘇美爾大銅刀
南歐地區深受地中海東岸新月沃地青銅文明的影響,進入青銅時代的時間較早,人像比較發達。東歐尤其是南部地區進入青銅時代的時間不晚于南歐地區,青銅器呈現出明顯的草原風格,武器十分發達。在南歐和東歐青銅文明的影響下,中歐與西歐內陸進入青銅時代的時間也較早,青銅質地的農業工具較多,還流行骨灰甕、酒罐等青銅器。西歐沿海和伊比利亞半島在南歐與西歐內陸青銅文明的影響下,結合自身的文化傳統,形成了以鯉魚舌劍、翼形斧、彎背刀等青銅器為特色的大西洋青銅文明。北歐遠離青銅文明核心區,加上銅錫資源匱乏,進入青銅時代的時間較晚,其青銅文明雖深受東歐、中歐、西歐青銅文明的影響,但也創造了樹形斧、太陽車等極具特色的青銅器。
中國青銅
4500至4000年前的龍山文化時代,相當于堯舜禹時期。據記載那時人們已經開始冶鑄青銅器了。過去人們都以為這是傳說。解放后,在黃河、長江中下游地區的龍山時代遺址里,經考古發掘,在幾十處遺址里都發現了青銅器。這一時期,青銅器皿品種較少,且多屬于日常工具和生活用品,如刀、錐、鉆、環、銅鏡、裝飾品等。這時,一般居民也用青銅制品了,但這一時期雖然出現了青銅器,但數量極少,中國尚未進入青銅時期。中國發現的最早的青銅制品是在甘肅東鄉的林家村馬家窖文化遺址中發現了一把完整的青銅刀,刀長12.5厘米,材料屬于銅錫合金的青銅,系采用合范法鑄成,年代大約在公元前3100年左右。
甘肅東鄉的林家村馬家窖文化遺址中發現的青銅刀
中國的青銅器時xxx始于夏代,夏、商、周時期是青銅器的鼎盛期,延續時間長達1600余年。這一時期的青銅器主要分為禮器、樂器、兵器及雜器。青銅禮器是在古代禮儀中使用的,或用于廟堂,或用于宴飲,或用于盥洗,還有一些是做殉葬的明器。所有青銅器中,禮器數量最多,制作也最精美。樂器主要用在宗廟和祭祀活動中。中原地區夏王朝建立,禹開創鑄器用途之后,青銅作為禮器、祭器和武器被大規模地鑄造出來。中國的青銅文化開始于公元前2500年,甘肅馬家窯文化曾出土銅刀、銅鑿、銅錐、銅斧、銅鏡、銅指環、銅匕等銅器產品,是截止21世紀初期是中國制造的最早的銅器。這一時期的典型文化是河南偃師二里頭文化,年代大約在公元前2080年一公元前1580年間。在山西夏縣、山東岳石文化、遼寧長城東邊的夏家店下層文化、黃河上游的四壩文化等,這幾處地方都相繼出現了品類繁雜的青銅制品。青銅時代早期包括新疆的切木爾切克文化、天山北路文化、古墓溝—小河文化,黃河、長江流域的馬家窯文化馬廠類型、齊家文化中期、老虎山文化后期、陶寺晚期文化、王灣三期文化后期、肖家屋脊文化等。在這些文化中發現錫青銅和砷青銅,與紅銅共存。
銅鏡
從商代至西周前期,是青銅時代的中期階段。此時期的前一段,是商代早期,約當公元前16~13世紀,以河南鄭州二里岡文化為代表,此時期奴隸制國家進一步發展,青銅器數量大增,常伴有成套禮器,貝幣大量出現,人殉、人牲更為普遍。后一階段,是商代晚期至西周前期,約當公元前13~前10世紀(穆王以前)。此時中國青銅時代達于鼎盛,也是奴隸制發展的典型時期。青銅鑄造工藝相當成熟,出土大量的精美青銅禮器、武器與工具。這時的青銅文化以安陽殷墟為代表,這里是商王朝的政治統治中心,也是青銅鑄造業的中心。此時興建了大規模的宮殿及陵墓,有發達的金文與甲骨文,人殉與人牲成為一種制度極為盛行,凡此種種反映出奴隸制社會的繁榮。西周的周原遺址和豐鎬遺址中,發掘出周王朝的宮殿、宗廟和墓葬,發現了大量的青銅禮器,反映出中國古代社會的禮制已成熟。青銅時代中期大體相當于夏代晚期,各地銅器已經變為以青銅器為主。主要文化包括新疆的安德羅諾沃文化以及切木爾切克文化、天山北路文化、古墓溝—小河文化的晚期,甘青地區的齊家文化晚期、四壩文化,北方地區的朱開溝文化,中原地區的二里頭文化等。大體相當于夏代晚期,各地銅器已經變為以青銅器為主。到公元前1600-前1046年,青銅禮器的種類大量增加,禮器以酒器組合為主,紋飾趨于繁縟[rù]充滿神秘怪誕風格的獸面紋及其嚴謹的布局盛行一時,自商代晚期到西周(公元前1046-前771年)早期達到了青銅文明的鼎盛時期。
酒器(銅爵、斝、觚組合)
西周中期以后,青銅器開始出現一些變化,酒器組合轉向注重食器的組合,青銅造型和紋飾均趨向簡便、簡化,銘文增多。春秋(公元前770-前476年)中期開始,由于周王室的進一步衰落,各地諸侯紛紛自鑄青銅禮器以顯權勢,青銅造型更趨輕靈,寫實性的動物紋飾、雕塑增多,神秘的獸面紋很少見到,充滿生活氣息的現世場景出現在青銅器上,神開始讓位于人。戰國(公元前475-前221年)末期,青銅器更多地用于了武器制造和日常生活器皿上,如銅燈、銅鏡等。戰國末期,由于鐵器的出現,青銅淡出了人們的視線,青銅文明開始走向了衰落,只剩下銅鏡和銅幣還使用青銅鑄造。
戰國菱形紋銅鏡
秦漢時期,鐵制品廣泛使用,逐漸代替了青銅制品,日常生活用器如釜、鏡等也出現鐵制的了。漆器與陶器也逐步取代了青銅器。但是,這時仍較大量地生產青銅器,青銅鑄造技術仍在繼續發展。不過,青銅器生產已完全轉到日常生活用器上來了。
性能特點
編輯青銅呈青綠色,耐蝕性比黃鋼好,易鑄造、質硬,可用作裝飾制品。青銅硬度大,加錫20%的青銅,經錘鍛后硬度可增至228,但加錫25%以上,青銅變脆;其次,青銅熔點低,且具有金屬光澤和化學性能穩定。青銅表面生銹為碳酸銅,它可以阻止內部受腐蝕,起保護作用;青銅凝固后收縮率小,適合做工藝品;錫青銅耐磨性很好,硅青銅具有很好的鑄造及焊接性能,鋁青銅具有較高的強度、耐磨性及耐蝕性,鈹青銅除了有高的強度、彈性、導電性和導熱性,還有良好的耐蝕性、工藝性及撞擊時不產生火花的特性,鉛青銅具有高的疲勞強度,良好的導熱性和減摩性。青銅化學性質穩定,相比紅銅不易與氧氣或其他化學物質發生反應。
耐腐蝕性能
錫青銅在大氣、水蒸氣和海水中具有很高的化學穩定性,其在海水中的耐蝕性比紫銅、黃銅優良。所以,對那些暴露在海水、海風和大氣中的船舶和礦山機械,廣泛應用錫青銅鑄件。但錫青銅怕酸,無機酸,特別是鹽酸和硝酸,強烈腐蝕錫青銅。錫青銅在鈉堿溶液中的腐蝕很厲害;在氨溶液及甲醇溶液中腐蝕也比較強烈。鋁青銅耐蝕性比錫青銅高。鋁青銅的高耐蝕性主要是由于在合金表面形成致密的、牢固附著的銅和鋁的混合氧化物保護膜,它遭受破壞后有自愈能力。鋁青銅在淡水和海水中都很穩定,甚至在礦水中也耐蝕。在300℃以上的高溫蒸氣中,非常穩定。蒸氣和空氣的混合對鋁青銅腐蝕不起作用。在酸性介質中,鋁青銅有很高的耐蝕性;在堿溶液中,因堿能溶解保護膜,從而使鋁青銅發生嚴重腐蝕,鋁含量較高的鋁青銅有應力腐蝕傾向。硅青銅耐蝕性與純銅相似。
耐磨性能
錫青銅耐磨性很好,可用于制造泵、活門、齒輪、軸承、旋塞等要求耐磨損和耐腐蝕的零件。硅青銅在撞擊時不發生火花,因此特別適用于有爆炸危險的地方。
鑄造性能
錫青銅合金液固相線結晶間隔大,液體流動性差,錫原子擴散慢,結晶時樹枝晶發達,易形成分散性顯微縮孔,所以收縮率小,且不易裂。適于鑄造形狀復雜、壁厚變化大的器件,歷史上曾鑄造出許多精美的古青銅器。鋁青銅鑄造性能不如錫青銅。
機械性能
錫青銅的性能與含錫量及組織有關,在
相區,Sn含量大約在10%左右,塑性xxx。工業用合金中,錫的含量為3%~14%,變形合金的含錫量則在8%以下,并且往往含有磷、鋅或鉛等合金元素。
青銅分類
編輯青銅是 Cu和 Sn、Al、Be、Si、Mn、Cr、Cd、Zr、Ti等元素組成的合金的統稱。青銅根據成分可分為錫青銅和特殊青銅。在特殊青銅中,根據主加元素又分別命名為鋁青銅、鈹青銅等。
錫青銅
錫青銅是以錫為主加合金元素的銅合金。錫的質量分數一般為3%~14%。錫青銅具有較高的強度、硬度和良好的耐蝕性、耐磨性,鑄造時流動性差,易形成分散縮孔和偏析,但收縮率小。因此,錫青銅主要用于制造各種耐磨件,以及在大氣、湖水、蒸汽中工作的耐蝕件和鑄造形狀復雜。壁厚變化大而致密度要求不高的工件。為了進一步提高錫青銅的性能,常在錫之外加人P、Zn、Pb、Ni等合金元素,以改善錫青銅的鑄造性能、彈性極限、疲勞強度和耐磨性等。
特殊青銅
鋁青銅
鋁青銅是以鋁為主加合金元素的銅合金。鋁青銅中鋁的質量分數為5%~10%。鋁青銅具有優良的力學性能、耐蝕性和耐磨性,鑄造性能也很好,是一種應用廣泛的銅合金。鋁青銅可采用鑄造、壓力加工和切削加工等加工工藝,廣泛應用于機械、化工、造船、汽車、儀表、電氣等領域。
硅青銅
硅青銅是以硅為主加合金元素的銅合金,硅青銅的硅含量質量分數小于或等于3.5%,為了改善硅青銅的性能,還可以添加錳和鎳。硅青銅的性能與鋁青銅類似,但其力學性能低于鋁青銅,硅青銅存在類似高鋅普通黃銅的自裂現象,即冷變形后在存放中有自行破裂(應力腐蝕)傾向,冷變形后的硅青銅在一定溫度下進行消除應力的低溫退火,可減緩自裂傾向。
鉛青銅
鉛青銅是以鉛為主加合金元素的銅合金,主要用來制造高壓,高速條件下工作的耐磨工件。鉛青銅減摩性好,疲勞強度高,并有良好的導熱性,是一種重要的高速重載滑動軸承合金。常用的鉛青銅的牌號有ZCuPb30、ZCuPb10Sn10,ZCuPb15Sn8等。
鈹青銅
鈹青銅是以鈹為主加合金元素的銅合金。鈹青銅中鈹的質量分數為7%~2.5%。鈹青銅強度、硬度高,彈性極限、疲勞強度、耐磨性、耐蝕性和韌性也都很好,導電性、導熱性良好,并具有耐寒、抗磁及沖擊不產生火花等特性,同時還有良好的工藝性能,能進行冷、熱壓力加工,鑄造,熱處理和切削加工等。但鈹青銅因價格昂貴,處理工藝較復雜,所以應用受到一定的限制。
鉻、鋯和鎘等青銅
鉻青銅、鋯青銅和鎘青銅這類銅合金中,合金元素含量的質量分數都不大于1.0%。其特點是在具有較高的室溫和高溫力學性能、耐磨性能、耐蝕性能以及良好的冷、熱壓力加工性能的同時,還具有高的導電性能和導熱性能。因此,這類銅合金廣泛用于電器設備中。
青銅結構
編輯青銅根據成分可分為錫青銅和特殊青銅,以錫青銅為例,錫青銅的結晶間隔寬,偏析嚴重,且錫擴散慢,合金難以得到平衡組織。實際組織結構如下圖虛線所示。
(Sn)小于6%的鑄態組織為樹枝狀
固溶體。
(Sn)大于6%時為
固溶體和
共析體所組成。在700℃~800℃退火后,
(Sn)=7%~14%的合金中
共析組織消失。由于
相在降溫過程中析出緩慢,室溫下仍為單相
固溶體。
Cu-Sn 合金相圖
表 二元系銅合金相結構特征
青銅的應用
編輯工藝飾品
由于青銅具有的美麗外觀和優良的加工性能,自古至今被廣泛用作工藝飾品材料。在古時候,除廣泛用作器物外,也用于精巧纖細的飾品,如漢代的青銅手鐲飾品,遼代的青銅戒指。青銅在工藝品和首飾品方面的應用發展潛力極大,特別是隨著經濟水平的提高,鑄造青銅器發展迅速,市場需求大,產品品種多,復制、仿制、創作各種方式都有,廣泛作為城市雕塑、廟宇祭器、佛像、裝飾畫,以及收藏品等。在首飾品方面,青銅也被用來制作各種飾品及配件,例如,希臘的一個時尚品牌曾推出珍貴青銅(Precious Bronze)系列。
珍貴青銅首飾(青銅+銀)
工業領域
在工業領域,錫青銅常被用于制造泵、活門、齒輪、軸承、旋塞等要求耐磨損和耐腐蝕的零件,還被于制作彈簧、彈片及彈性元件和抗磁零件以及儲槽及其他壓力下工作的化工器械等。鈹青銅在工業上用來制造各種精密儀器、儀表的重要彈性元件、耐磨零件(如:鐘表、齒輪、高溫高壓高速條件下工作的軸承和軸套)和其他重要零件(如:航海羅盤、電焊機的電極、防爆工具等)。
建筑領域
在建筑領域,有一種建筑青銅,85%的紫銅,加上不同數量的鋅和錫,建筑青銅具有極好的鍛壓性能和易配合性能,可以用于樓梯扶手、裝飾型件、格柵、店鋪門面、絞鏈、鎖體及工業用鍛壓件,部分門、軌道、招牌、銅字也可用建筑青銅制造。
古代軍事領域
在新石器時代晚期,中國人的祖先已經初步掌握了冶銅技術。用來裝備軍隊的青銅兵器,在公元前21世紀的夏代就已經問世。到了商代(前1600-前1046),隨著青銅冶鑄技術的提高,青銅兵器得到了進一步的發展,制品有長桿格斗兵器戈、矛、斧,衛體兵器短柄刀、劍,射遠兵器弓箭,防護裝具青銅甲、皮甲、盾等。
銅刀(左)、銅戈(右)
古代生活領域
在古代,青銅鼎是青銅禮器中最常見的一種器物,目前見到的最早的銅鼎屬于夏代晚期,在新石器時代中期就有陶鼎。鼎可以是一種炊煮食物的器具,從造型上來說有圓形的和方形的兩種。方形的鼎一般屬于重要的禮器,與擁有者的權力和地位密切相關,在墓葬中出土,代表墓主的地位較高,具有等級和身份的象征意義。方鼎主要流行于商代和西周早中期,西周晚期比較罕見。青銅器除了青銅禮器和兵器這外,青銅器制造的器物涉及生產和生活的各個方面:青銅農具與工具、車馬飾、貨幣、璽印、符節、度量衡器、銅鏡、燈、樂器、雜器等。
貨幣(戰國刀幣)
生產制備
編輯青銅除錫鋅青銅可以熱軋開坯外,其他錫磷青銅及錫鋅鉛青銅大多采用冷軋開坯的方式生產。以錫磷青銅為例,20 世紀80年代前,采用傳統的鐵模鑄坯-冷軋的生產工藝,錠坯小,卷重小,生產周期長,效率低,成材率低;也有采用半連續鑄錠-熱軋開坯的方式,但由于錫磷青銅存在中溫脆性區,熱軋時開裂現象嚴重,成品率低。國內外普遍采用水平連續鑄造帶坯-冷軋的工藝方式生產錫磷青銅。典型的水平連續鑄造帶坯-冷軋工藝流程如下:水平連續鑄造帶坯→銑面(雙面銑)→均勻化退火→冷軋開壞→再結品退火→清洗→中軋→再結晶退火→清洗→精軋→低溫去應力退火→表面清洗一平整(拉彎矯處理)→成品剪切→檢查包裝→入庫。
文物研究
編輯饕餮紋青銅鼎
饕餮紋青銅器在商代前期已經出現,流行于殷代,西周早期仍可見。饕餮常作為一種圖案化的獸面紋飾出現在商周青銅器上,稱作饕餮紋,《呂氏春秋·先識覽》載:“周鼎著饕餮,有首無身,食人未咽害及其身,以言報更也。”常見的饕餮紋青銅鼎都有拱形雙耳、半球形腹、圓底、三扁足,有的足底作鉤狀上卷,有的足部呈直立狀,腹部飾饕餮紋。青銅器上的饕餮紋一般以鼻梁為中線,突出正面造型,兩側作對稱排列,上端xxx道是角,角下有目,較具體的饕餮紋在目上還有眉,目側有耳,多數有爪,兩側有左右展開的體軀或獸尾,少數簡略形式的則沒有獸體和尾部。可以說所有的饕餮紋基本上是按這一模式塑造的,只是動物形狀有所不同。其最突出特點是它的雙眼:“一種神秘的威力和獰厲的美”,這是當代美學家李澤厚先生對青銅饕餮紋的斷語。
饕餮紋青銅鼎(共3張)
四羊方尊
四羊方尊出土于湖南寧鄉,商朝晚期青銅器,屬于禮器,祭祀用品。它是中國現存商代青銅器中xxx的方尊,高 58.3 厘米,重近 34.5 公斤。現藏于中國國家博物館。四羊方尊器身方形,方口,大沿,頸飾口沿外侈,每邊邊長為 52.4 厘米,其邊長幾乎接近器身 58.3 厘米的高度。長頸,高圈足。頸部高聳,四邊上裝飾有蕉葉紋、三角夔紋和獸面紋。尊四角各塑一羊。肩部四角是四個卷角羊頭,羊頭與羊頸伸出于器外,羊身與羊腿附著于尊腹部及圈足上。尊腹即為羊的前胸,羊腿則附于圈足上,承擔著尊體的重量。羊的前胸及頸背部飾鱗紋,兩側飾有美麗的長冠鳳紋,圈足上是夔紋。方尊肩飾高浮雕蛇身而有爪的龍紋,尊四面正中即兩羊比鄰處,各有一雙角龍首探出器表,從方尊每邊右肩蜿蜒于前居的中間。全體飾有細雷紋。器四角和四面中心線合范處均設計成長棱脊,其作用是以此來掩蓋合范時可能產生的對合不正的紋飾。
四羊方尊
湖南出土的以四羊方尊為代表的著力表現羊的青銅器,保留了原始的圖騰崇拜,有替代羊作為犧牲獻祭給神明的意思,同時還包含了對羊等家畜養殖興旺的期盼,也可能萌芽了后世關于羊的種種觀念。四羊方尊是用兩次分鑄技術鑄造的,先將羊角與龍頭單個鑄好,然后將其分別配置在外范內,再進行整體澆鑄。整個器物用塊范法澆鑄。四羊方尊集線雕、浮雕、圓雕于一器,此尊被稱為臻于xxx的青銅典范”。這件器物被認為是傳統泥范法鑄制的巔峰之作。由于這件杰作達到的水平令人難以置信,一度被誤以為采取了新的鑄造工藝。
商青銅獸面具
商青銅獸面具形象特征為:眉尖上挑,雙眼斜長,眼球呈極度夸張,呈柱狀向前縱凸伸出達16厘米;雙耳向兩側充分展開;短鼻梁,鼻翼呈牛鼻狀向上內卷;口闊而深,口縫深長上揚,似微露舌尖,作神秘微笑狀。其額部正中有一方孔,可能原補鑄有精美的額飾。這個面具是象征著千里眼和順風耳,是當時的人們想象的蜀國的蠶叢的形象。千里眼用突出的圓柱眼球來表示,象征著這雙眼睛可以看到千里之外的景象,而順風耳象征著這對大耳朵可以把所有的聲音盡收耳下。
商青銅獸面具
通過考察巴蜀古史和古蜀族群的神話,結合三星堆發現的眼球外凸的青銅人面像,可以認為,縱目就是直目,眼球外凸。直目人形象應該為一個種族的圖騰,其實質是對“縱目”神的崇拜。青銅直目人像本身與上古蜀族的燭龍、蜀王蠶叢,以及與蜀有密切族源的有關民族如彝族有著必然聯系,因此,縱目的青銅人面像包含了關于蜀國始祖的若干個神話,也表現了對“蜀”的崇拜。
曾侯乙編鐘
曾侯乙編鐘,1978年出土于湖北隨州曾侯乙墓,年代為戰國早期。鐘架長7.48米、高2.65米。全套編鐘共六十五件,分三層八組懸掛在呈曲尺形的銅木結構鐘架上,上層為三組共19件鈕鐘、中下層五組共45件甬鐘,及一件楚惠王贈送給曾侯乙的镈鐘所組成。鐘及架、鉤上共有銘文3755字,內容為編號、記事、標音及樂律理論。每件鐘均能奏出呈三度音程的雙音,整套編鐘音域可跨五個半八度,中心音區十二個半音齊備,能演奏五聲、六聲或七聲音階的樂曲。
曾侯乙編鐘
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