萧梁钱范烧成温度的测试分析

施继龙¹董亚巍² 周卫荣³王昌燧^4，1

（1.中国科学技术大学科技考古研究室，安徽 合肥 230026 ；

2. .鄂州市博物馆，湖北 鄂州 436000；3中国钱币博物馆，北京 100031；

4.中国科学院研究生院，北京 100039）

摘要：为了探讨钱范浇铸的成功与否与钱范烧成温度的关系，利用热膨胀分析法测试了系列萧梁钱范样品的初始烧成温度。对南京、镇江三处萧梁铸钱遗址出土钱范的测试结果表明，各遗址出土的样品烧成温度相差较大，且烧成气氛也有所不同；对现代模拟制作的、浇铸情况已知的钱范样品的测试结果表明，对于相同原料制作的钱范，能浇铸成功的比不能浇铸成功的钱范烧成温度相对要高80～90℃。根据对系列萧梁钱范样品烧成温度的实测数据，以及模拟浇铸实验中数次失败直到成功的教训和经验，推断出钱范的浇铸成功与否和钱范的烧成温度有着直接的关系。

关键词：萧梁钱范；烧成温度；热膨胀分析（DIL）

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1引言

20世纪萧梁时期的铸钱遗存主要有三次重大发现，即1935年在南京通济门外草场圩以及1997、1998年分别在南京东八府塘西井巷和镇江医政路金田工地发现的三处萧梁铸钱遗址，出土了大批萧梁钱范和相关铸钱遗物^[1－2]。这三处萧梁铸钱遗存的发现，为研究萧梁时期的货币史和铸钱工艺提供了重要资料。

萧梁铸钱工艺是我国钱币铸造工艺史上的一枝奇葩。萧梁钱币叠铸范双面皆有钱腔（见图1），合范时，将钱范层层相叠，通过上下两个钱范之间的相互配合，组成完整的钱腔（见图2）。合范后，其外裹以草拌泥，形成叠范包，并在叠范包的顶部用草拌泥糊成一漏斗形浇口杯，以供浇铸铜液（见图3）。铸造时，通过总的浇口浇注铜液。萧梁“公式女钱”范

图1 萧梁钱范正、背面外观（复制品）

图2  将钱范沿直角边对齐垒叠                      图3  糊草拌泥、制作浇口杯

每片可薄至约3mm，正反面的钱腔数可达8个，一次可叠置数十层，极大地提高了铸钱效率和钱范原料的利用率，同时也体现了高超的工艺水平和丰富的科学内涵。鉴于萧梁铸钱工艺在中国铸钱工艺史乃至整个铸造史上的价值，由中国钱币博物馆、中国科学技术大学科技考古研究室和湖北省鄂州市博物馆通力合作，组成联合课题组，对萧梁铸钱工艺及其相关问题进行了系统研究。

一般的，钱范在制好阴干后也会残留一定的水分。由于钱范原料是由一定的矿物组成，在某些矿物中，也会含有一定量的水。根据水是否参加矿物晶格分为两类：一类是不参加晶格的，总称为吸附水；一类是参加晶格的，包括以水分子形式存在的结晶水和以OH^－、H⁺、H₃O⁺离子形式存在的结构水。不参加晶格的吸附水是渗入在矿物集合体中的普通水，它呈H₂O分子状态。吸附水在矿物中的含量是不固定的，当温度达到100～110℃，吸附水就会从矿物中逸出。参加到晶格中的水主要是结晶水和结构水。由于结晶水参加到晶体结构中，作为结构单元存在，故只有加热到一定温度后才会全部或部分地失去，随着失水作用的发生，矿物的晶格开始破坏。将结晶水从晶格中逸出的温度一般不超过600℃，大多为100～200℃。结构水与结构联系紧密，将它从矿物中逸出要较高的温度，大约在600～1000℃^[3]。而浇铸时铜液的温度约为1000℃，当这么高温度的铜液注入范腔后，如果钱范含有水分，会产生水蒸气，造成铸件表面模糊不清，即产生所谓的“发气”，甚至会使铸件浇不足而导致铸造失败。

经自然阴干后的钱范中仍然保留一部分游离水和结晶水、结构水。钱范中的结晶水、结构水靠自然蒸发是不可能脱去的，必须要在较高的温度下才能完全分解。此外粘土中可能夹杂一些碳酸盐矿物杂质，如方解石（CaCO₃）、石灰石（CaCO₃）、白云石（CaMg（CO₃）₂）等，它们在高温分解时产生CO₂，也会导致钱范发气造成铸造缺陷。所以必须要对钱范进行高温焙烧，以起到脱水和分解碳酸盐杂质的目的。但焙烧温度也不宜过高，否则会使钱范产生玻璃化，同样导致铸造失败。所以钱范的烧成温度和浇铸的成功与否有一定的内在联系。

本课题组成员于2003年7月和11月、2004年8月三次赴南京、镇江等地对萧梁钱范进行系统考察和取样。在南京大学考古与艺术博物馆、镇江市博物馆等地都看到了这种萧梁时期的双面叠铸范，包括1997年南京、1998年镇江以及近年南京小营花红园出土的“公式女钱”范^[4]以及1935年南京出土的“梁五铢”范。其中既有浇铸过的范，又有被废弃的范。钱范的颜色和外观的观察表明，4个遗址的样品无论烧成温度还是烧成气氛均有所不同，当时就推断那些废范废弃的原因可能跟烧成温度不足或过高有关；为了考察萧梁制模、制范和浇铸工艺，本课题组于2003年9月～11月在鄂州博物馆青铜范铸实验基地对萧梁铸钱工艺进行模拟实验^[5]，在浇铸试验中，数次由于钱范的烧成温度不足而导致失败。根据模拟实验中的情况，可以推断出钱范浇铸的成功与否，与钱范的焙烧温度密切相关。本文拟采用实验的方法测试系列萧梁钱范样品的初始烧成温度，以探讨钱范浇铸的成功与否和钱范烧成温度的关系。

2 样品

实验样品由古代样品和现代模拟实验制作的样品组成。由于模拟实验的条件有限，在钱范焙烧时没能直接测试其烧成温度，所以也一并取样。样品的具体情况如下：

1997年南京东八府塘西井巷出土的“公式女钱”范碎片3块，编号NJ1、NJ2、NJ3（见图4，以下所有样品照片从略）；1998年镇江医政路金田工地出土的“公式女钱”范碎片6块，编号ZJ1～ZJ6，参加测试的样品为ZJ1、ZJ5；1935年冬南京通济门草场圩出土的“梁五铢”钱范小碎片若干块，取较大的一块编号NJ4；以及模拟实验制作的“公式女钱”范样品4块，编号MN1、MN2、MN3、MN4。以上所有钱范都经过焙烧。

图4  NJ1、NJ2、NJ3的正面和背面

需要说明的是，南京东八府塘样品NJ1、NJ2、NJ3均为未浇铸的废范碎片，南京草场圩的样品NJ4是从保存较好的叠范包中取出，也没有浇铸过。NJ1、NJ2、NJ3和NJ4废弃的原因未知。根据钱范表面的铸造残留物痕迹可知，镇江医政路的样品ZJ1~ZJ6浇铸过钱币^[6]。在选择模拟实验样品时，考虑到浇铸时金属液的温度过高可能会对钱范初始烧成温度的测试产生影响，故只选用未浇铸过的样品。现代样品MN1是随镜范一起焙烧的，焙烧温度约1000℃，焙烧时间为24小时。与MN1同时焙烧的所有钱范浇铸时存在“发气”现象，都没有浇铸成功，从而可推测若MN1用于浇铸也不会成功，即MN1的烧成温度不能满足浇铸成功的要求；MN2、MN3、MN4与其它钱范是单独入窑焙烧的，焙烧温度约1100℃。其中MN2经焙烧约20小时后取出，同时取出的钱范由于“发气”，没有浇铸成功。MN3、MN4焙烧约30小时，焙烧温度高、保温时间长、脱水完全，浇铸钱币全部成功。由此推测MN3、MN4的烧成温度能满足浇铸成功的要求^[7]。

3 实验

3.1实验仪器和样品制备

测试仪器为德国耐驰DIL 402C热膨胀仪，数据处理使用仪器配备的软件Netzsch Proteus-Thermal Analysis。将测试样品磨成1.5×0.25×0.25cm³的长方柱体，端面磨平，并使两对应底面尽可能平行。

3.2测试结果

图5  三个萧梁铸钱遗址钱范样品的热膨胀曲线

表1  三个萧梁铸钱遗址钱范样品的初始烧成温度

图6 模拟实验系列钱范样品的热膨胀曲线

表2  模拟实验系列钱范样品的初始烧成温度

图5为三个萧梁铸钱遗址钱范样品的热膨胀曲线图。曲线1~3分别为NJ1、NJ2、NJ3的热膨胀曲线；曲线4对应样品NJ4；曲线5、6对应ZJ1、ZJ5。根据热膨胀曲线得出的初始烧成温度列于表1。图6为现代模拟制作的系列钱范样品的热膨胀曲线图。曲线1~4分别对应样品MN1、MN2、MN3和MN4。根据热膨胀曲线得出的初始烧成温度列于表2。图5、图6中横坐标为温度，纵坐标是样品的物理膨胀系数。测试温度上限为1100℃，升温速率为10℃/min，样品支架为Al₂O₃。如图5、6所示，系列样品经支架校正后的膨胀曲线的变化趋势为：100℃附近因失去吸附水而有轻微收缩；在573℃附近的膨胀为石英的β-相（立方晶系）到α-相(六方晶系)的相变过程；样品NJ4（对应图5的曲线4）在850℃以上发生玻璃化转变；所有样品的烧成过程也发生在850℃以上。

4 讨论

4.1古代钱范样品烧成温度的推测和实测数据的比较

2003年7月对南京大学考古与艺术博物馆、镇江市博物馆等处收藏的萧梁钱范进行了详细考察。从钱范的外观上看，1997年南京东八府塘出土的“公式女钱”范一般为通体砖红色；1998年镇江医政路出土的“公式女钱”范大多为从边缘到中间呈砖红至灰黑色；近年南京小营花红园出土的“公式女钱”范和镇江医政路出土的钱范差不多，也是从边缘到中间由砖红至灰黑色；南京大学考古与艺术博物馆所藏1935年南京草场圩出土的“梁五铢”范则与上述所有的“公式女钱”范不同，通体深黑色，且钱范呈多孔状，可看出有明显的玻璃化。

根据钱范的色泽、硬度、致密度以及是否出现玻璃化等方面的情况，当时推测南京东八府塘的样品焙烧温度最低，约900℃；镇江医政路金田工地和南京小营花红园出土的钱范焙烧温度大致相当，但比南京东八府塘的样品要高，约为950℃；而1935年南京草场圩出土的“梁五铢”范烧成温度最高，至少1000℃以上。但从实测结果来看，和当初的判断并不十分一致，均高于原估计值。如当时认为焙烧温度最低的南京东八府塘的样品NJ1、NJ2和NJ3，实测烧成温度分别为985.9℃、986.1℃和980.8℃；镇江医政路的两个样品烧成温度相差较大，ZJ1为978.3℃、ZJ5为1028.7℃。由于镇江的样品均浇铸过，金属液的温度过高是否会对钱范的初始烧成温度产生影响以及影响的程度未知。南京草场圩的样品NJ4在意料之中，实测烧成温度为1076.0℃，最高。

NJ4为1935年出土的“梁五铢”范，这种钱范现在在南京大学考古与艺术博物馆和上海博物馆等地均有收藏，既有比较完整的叠范包，又有单片的钱范，可能很多都没有浇铸过。从南京大学收藏的钱范来看，其玻璃化明显，烧成温度实测为1076℃，烧成温度过高可能是其废弃的主要原因。同样1997年南京出土的NJ1、NJ2、NJ3也是未经浇铸的废范，其烧成温度在所测样品中最低，其废弃原因是否是因为未烧足，还有待进一步的探讨。

此外，镇江医政路和南京小营花红园出土的钱范的颜色普遍较黑与烧成温度无关，应该是由烧成气氛引起的。这是因为钱范合范时，将钱范层层相叠，其外糊有一层草拌泥，放入窑中焙烧时，随着不停地进风，窑内氧气充足，尚处于氧化气氛，在这种气氛下烧出的钱范外观为红色；当风力不足，进入窑内的氧已不够用时，被草拌泥糊实了的范体内部处于相对封闭的状态，在高温缺氧的环境中，叠范包的中心部位即处在还原气氛，如果长时间处于这种气氛中，形成外面红中间黑的结果是必然的。镇江医政路金田工地和南京小营花红园出土的钱范中间的颜色普遍较黑，其实质在于用于制作钱范的原料中含有一定量的Fe，钱范烧成气氛不同，导致Fe的价态不同，处于氧化气氛时，Fe元素主要以Fe³⁺的形式存在，呈红色；当处于还原气氛时，Fe元素主要以Fe²⁺的形式存在，呈黑色。

4.2模拟浇铸实验结果与实测烧成温度的对应关系

由于模拟实验的结果已知，通过测试钱范样品的烧成温度，有助于直观地探讨钱范浇铸的成功与否和钱范烧成温度的关系。

总共进行了4次浇铸试验^[8]。前2次试验所用钱范与镜范一起焙烧约24小时，温度约1000℃，浇铸试验的结果如图7，都是揭开叠范包最底层的情况，铜水没有流到的地方仍呈砖红色。钱范没有浇足的原因，据分析了主要是因为钱范是和镜范一起焙烧的，焙烧温度较低，且时间较短，钱范未能完全脱水，导致浇铸时产生发气而浇不足。样品MN1为本次实验中的样品，其烧成温度实测为996.4℃。

      图7  没有浇铸成功的钱范                     图8  叠范包窑内焙烧的情景

吸取几次范腔发气的教训后，认识到钱范焙烧的温度高低、保温时间长短对钱范浇铸的成功与否会有很大影响。故将钱范入窑单独焙烧，不但加大了火力提高了炉温，而且延长了焙烧的时间，焙烧温度约1100℃，图8为钱范在窑中焙烧的情景。样品MN2为焙烧20小时后从窑内取出，同时取出的叠范包没有浇铸成功，MN2的实测烧成温度为1017.8℃。MN3、MN4和其它叠范包为焙烧30小时后取出，由于焙烧温度较高，保温时间长，脱水完全，浇铸时范腔没有发气，试验成功。图9是揭开叠范包最底层的情况，钱腔中铜水全部流到，图10为本次实验所铸成的钱树。MN3、MN4的烧成温度分别为1085.3℃和1079.0℃。

图9  浇铸成功的钱范                       图10  浇铸成功的钱树

5 小结

通过对南京、镇江三处萧梁铸钱遗址出土钱范的烧成温度的测试分析，发现不同遗址间样品的烧成温度相差较大，且烧成气氛也有所不同。通过对NJ4的观察和烧成温度的测试分析，发现其烧成温度过高以至出现严重的玻璃化，推测烧成温度过高是其废弃的主要原因；NJ1、NJ2、NJ3也为废范，且其烧成温度相对较低，但烧成温度过低是否是其废弃原因还有待进一步探讨。ZJ1、ZJ5烧成温度相差达50℃，但由于都经过浇铸，浇铸过程是否会对其烧成温度产生影响未知。

对现代模拟制作的、浇铸情况已知的钱范样品的测试结果表明，钱范的烧成温度高低和其铸造的成功与否有着良好的对应关系。能浇铸成功的钱范比不能浇铸成功的钱范的烧成温度要高80~90℃。根据对系列模拟萧梁钱范样品烧成温度的实测数据，以及模拟浇铸实验中数次失败直到成功的教训和经验，推断钱范的烧成温度是决定其浇铸成功与否的关键因素之一。

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