CT技术在青铜文物中的作用

古代青铜文物用现代科学分析仪器检测：探伤一般采用X射线；合金成分采用X射线荧光光谱；观察铜器表面锈蚀采用X射线衍射；铜器断面锈蚀层的物相采用激光拉曼光谱；铜基体的组织构成采用金相分析；铜器表面形貌采用超景深三维数码显微系统进行观察。这些方法为文物保护修复的前期工作和古代铸造工艺的研究积累了资料，但如何比较深入、细致、全面地发现古人在青铜器上留下铜体结构与制作的信息，并鉴别有争议的青铜器真假和检测文物现在的保存状态，还需进一步做计算机断层扫描(CT)成像检测。

1982年2月，江苏省淮安市盱眙县穆店公社南窑庄出土了陈璋圆壶等珍贵文物38件，《人民日报》《光明日报》和《新华日报》先后发表了相关新闻报道。考古、历史与金文专家从1982年底开始，在《文物》《东南文化》和《考古》等期刊上发表了多篇关于战国陈璋圆壶的研究文章。文章描述“铜壶制作精美绝伦、造型独特、系由器身和外套合成，器身为侈口、束颈、弧肩、收腹、平底”“外套由肩腹两组立体形镂空的铜丝网套、肩腹之间的一圈横箍和镂空花纹底的圈足座组成，外露的器身颈部和圈足座缘”“肩腹部的铜丝网套系由蜷曲起伏的长龙和梅花钉交错套扣而成”“肩腹之间的一圈横箍上饰错金的斜方格云纹饰，相间饰有兽面衔环和立兽形竖环耳各四个兽”[1,2,3]。根据以上资料，后来的研究文章将陈璋圆壶(图1)的形貌描述为“铜壶通高24cm, 口径12.8cm, 腹径22.2cm, 圈足径13.8cm, 重量为5590g。全器造型由七部分、19个构件组成”[4,5]。为了研究陈璋圆壶19个构件的装配等问题，在原中国传统工艺研究会会长谭德睿研究员等人的支持与帮助下，南京博物院于2011年成立了课题组(由南京博物院牵头，中国传统工艺研究会和中国科学院自然科学史研究所等单位组成),并在北京和宁波做了CT检测。

图1 陈璋圆壶

构件

课题组解读CT成像图后，得出了陈璋圆壶的尺寸与构件的数据：其通高239mm, 口径128.5mm, 底座直径139mm; 全器由26个构件组成，包括壶口、壶胆、上镂空网络、下镂空网络、四段箍带、四立兽、四铺首、四 “⊕”支架，四个衔环、一圈足和一篦子等数据。同时依据CT图像，建立了陈璋圆壶各构件模型的分散示意图(图2)。

图2 陈璋圆壶26个构件的示意图

装配

分析CT图像发现，为了达到以上各构件的稳定与装配时的精确，古代制作者在设计时运用了铸接方法，同时使用双层燕尾型的榫卯铸接、篦子和“⊕”支架定位的新技术。例如壶颈、上镂空网络和壶胆三个铸造部分连接的先后步骤推测如下：将壶颈和壶胆的铸件，在做好错金和错银后，放入上镂空网络浇铸的陶范中，当浇铸镂空网络时，壶颈、壶胆连接为一个整体(图3和图4)。

图3 壶颈、上网络和壶胆的CT图像

图4 推测复原的壶颈、上网络和壶胆连接处模型

另外，以下情况还需做模拟实验以进一步证明：底部圈足与下网络、篦子的组合，是否用了篦子作定位；铺首与上、下镂空网络、四个箍带和四个铺首的连接装配，是否分别将预铸好的四个铜合金“⊕”支架置于凸榫处，再用低熔点铅锡合金通过铸接方式将其连接固定。

2008年12月，无锡博物院征集到一把青铜剑(图5)。该剑通长41cm, 最宽处2.7cm, 茎长9.5cm。扁茎无格，无首，茎、身相连处为斜折肩。除茎与两刃外，剑两面通身饰有斜“王”字形暗纹，两纵近脊处有铭文12字。有的青铜鉴定专家对此剑的真伪有疑议，尤其对“此剑的铭文问题，是铸铭还是刻铭”[6]。为了科学地认定剑的真伪与铭文的制作工艺等问题，在上海博物馆的支持下，2020年10月在该馆文物保护科技中心做了X-CT等分析。

图5 吴王僚青铜剑

X-CT等分析

从该剑的X-CT成像图(图6和图7)及其表面状况可以看出：

1)剑身的“王”字纹部位个别有起翘现象(这里需区分凸起是锈蚀原因，而非制作工艺原因)；

2)剑刃处有大量横向细裂纹，且该区域部分形成锈蚀坑；

3)茎处没有完整的金属基体。根据这三个现象基本可以得到一个准确的认知，吴王僚剑是一件真品。

其理由如下：根据青铜器腐蚀的剖面结构(最下层的是文物铜的基体，然后依次是氧化亚铜、碱式氯化铜或氧化铜),可以推测剑中的腐蚀层为氧化亚铜或碱式氯化铜，在潮湿的环境下不断地生成新的粉状锈(碱式氯化铜)。新的腐蚀物粉状锈会膨胀，并不断地造成剑体表面开裂和凸起的现象。凸起“王”字纹周围的富锡层下的粉状锈是时代的特征，不可能在近百年内生成。

图6 吴王僚剑X-CT截面图

图7 吴王僚剑铭文处X-CT三维截面图

关于剑的铭文是铸铭还是刻铭，通过对CT和显微及3D合成照片的观察进行字口痕迹分析，结果如下：

1) 剑铭清晰，深度约0.25mm;

2) 字体纤细、线条整体均匀、转折处多用圆笔，字口凹槽平整光洁，两壁略直地呈“U”字形；

3) 凹槽内的氧化层和剑表完全一致。

通过以上三点认知，可以得出吴王僚剑的12个铭文为非刻制的结论。

修复技术路线

吴王僚剑在修复前的状态为：粉状锈、矿化，柄粘接，剑身多处修补，多处空鼓。其中空鼓有六处位于铭文上，有24处位于“王”字暗纹上。由于空鼓部位已经严重矿化并失去铜性，如对其进行过度人工干预将极可能导致脆弱的表层脱落，造成铭文与暗纹等重要特征缺失的二次伤害。为此，调整修复技术路线，即将原清洗、去锈、补配、作色，改为加固、缓蚀保护和封护的修复技术路线。其加固材料选用质量分数2%～3%的丙烯酸树脂(B72)丙酮溶液，加固方法采用针管注射器，对脆弱的空鼓和起翘周边孔隙处，注射或滴注渗透填充加固，确保在修复过程中不伤及文物，达到固结粉状锈，提高锈层与富锡层的连接强度，符合最小干预、延缓寿命、不改变文物原状的原则。

随着现代科技的发展与仿古技术的提高，采用传统的青铜器修复技术，可以将残碎的青铜器修复完整，也可以根据出版的青铜器书籍上的图录制作仿制品，达到以假乱真的效果。为此，如何鉴别完整器是否有修复的痕迹，如何精准保护腐蚀严重的青铜器，这些都需要根据CT等图像进行操作(如修复或者修正修复技术路线等)。

文物现状

春秋龙纹青铜盘(图8),于2012年由私人藏家捐赠于无锡博物院。其通高18.6cm, 直径44cm, 重4640g, 铭文“唯王八月丁亥齐大宰归父盘”。为了验证盘是否为完整器，2020年10月，无锡博物院委托上海博物馆文物保护科技中心，采用德国YXLON公司Y.CT Modular型X-CT设备做了检测分析。

图8 春秋龙纹青铜盘

检测结果根据图9～图12的CT成像，可以看出青铜盘有三个现象：

1) 盘底及盘身有大量修补，多数应为原器残片，局部少量用其他铜片补缺(图9和图10);

图9 盘的侧面CT图像

图10 盘底的CT图像

2) 双耳均为后期修补，图11显示耳与器身连接的两侧由扁圆柱形金属固定于器身上，该圆柱形金属中心引出一个金属条，深入耳泥芯，从而形成加固连接。

图11 盘耳修补结构

3) 盘三足也都为后期修补，其中一足有一金属针插在足泥芯中，一侧与盘底相接，并且还可见足与盘底连接处有两处金属块存在，应是起到连接作用(图12)。

图12 前足X-CT截面图

综上所述，在文化遗产保护与探索青铜时代发明创造的研究工作中，CT成像图主要有以下三个作用：

1) CT图像不仅能准确地显示青铜器内部组织结构的状态，还能测量构件的尺寸大小，从而揭示古代青铜时代的科技和社会文明进步的信息，在“让文物活起来、会说话、树立文化自信”方面起着重要的作用。

2) CT可运用于青铜器的辨伪，这使得在众多鉴定方法中，又多了一种高效的手段。通过其CT成像图可以：辨别铸造工艺，判断青铜器的真假；辨别青铜器是否经过修复，对判断修复工艺等有着非常好的效果。

3) 在珍贵文物的保护修复实施过程中，要根据文物现在的保存状态与病害特征来拟定文物修复方案，CT图像是最有参考价值的，而且它对所采取的最小干预的技术路线有着关键的作用。