科研动态 | 科学分析揭示郑韩故城铸铁陶范表面处理技术

陶范制作技术是中国古代金属铸造的关键技术之一，然而有关铸铁陶范表面处理技术的相关研究一直相对较少。在现代铸型耐火材料的制作过程中，若在烧结层与铸件中存在一种光亮的碳膜，则不会被金属和金属氧化物润湿，对防止粘砂有突出作用，有利于烧结层从铸件上剥离。在古代铸范的表面层中，陶范上炭黑等表明涂层的发现也并非首例，多数出现在铸铜陶范的型腔内。相比之下，以往罕见铸铁陶范表面层的科学分析。

河南郑韩故城仓城铸铁遗址是一处战国时期韩国铸铁作坊，遗址内出土了大量的铸铁陶范，表面大多可见有一层黑色或红色的涂层，且其周围还发现一例红色涂料缸。本研究运用X射线衍射、拉曼光谱等技术，对该遗址出土铸铁陶范表面层的成分、物相及不同颜色涂料的叠压关系展开分析研究。

结果表明，黑色表面层的显色成份为炭黑，红色表面层的显色成分为赤铁矿，且与遗址周围出土涂料缸残片内的涂料为同一种物质；表面层相互间的叠压关系为红色层置于胎体上，黑色层叠压于红色层上。与此同时，铸铁陶范胎体与表面层有着明显区别，胎体含砂量高，具有良好的耐冲击性、透气性和热稳定性，能有效保证铸造的成功率；表面层材质细腻，能有效避免陶范中砂质成分对铸件的影响。

这些发现表明郑韩故城铸铁陶范表面处理过程中选用了两种不同成分的涂料，黑色表面层可能是使用了一种添加有草木灰、黏土、石英粉等物质的富碳材料，涂抹于铸铁陶范表面经高温碳化后形成的光亮炭黑脱离层。红色表面层可能是工匠有意用一种富含赤铁矿的材料涂刷于陶范表面，经浇铸而形成的氧化物隔离层。这两种隔离层的形成，对铸件的脱离和抑制粘砂均具有一定的作用，能更好地保证铸件的质量，提高铸铁成品的光洁度。在古代铸铁陶范上出现两种颜色表面层是一次新的发现，研究为古代陶范表面处理技术提供了新的思路，但为何会同时出现，仍待进一步考证。成果发表于《文博》（2023年第4期）。

中国科学院大学人文学院考古学与人类学系罗武干教授课题组长期从事冶金考古学研究，将考古类型学、文化因素分析与科技手段结合，综合解读古代青铜器物与青铜文化，以期获取更多的考古学潜信息，致力于“加强对出土文物和遗址的研究阐释和展示传播，提升中华文明影响力和感召力”、“增强中国考古学在国际考古学界的影响力、话语权”。

本研究工作得到得到国家社科基金冷门绝学研究专项（20VJXG018），北京市社会科学基金青年学术带头人项目（21DTR046），中央高校基本科研业务费专项资金资助（E2ET0910X2）。

黑色、红色表面层横截面岩相图100X