科技日?qǐng)?bào)：科技助力無損檢測(cè)——國(guó)寶密碼·越王勾踐劍

只看該作者 · 2017-12-25 09:08:11

國(guó)寶密碼·越王勾踐劍丨天下第一劍是怎樣煉成的？

時(shí)光回溯到52年前。1965的冬天，考古工作者在湖北江陵一座楚國(guó)的墓葬中，發(fā)現(xiàn)了一柄帶著劍鞘的銅劍。

這柄劍長(zhǎng)55.6厘米，寬4.6厘米。劍身中脊起棱，飾黑色菱形花紋。正面近格處有“越王勾踐，自作用劍”的鳥篆銘文。劍格正面嵌藍(lán)色琉璃，背面鑲綠松石。

隨后的考古研究證明，這柄劍就是傳說中的越王勾踐劍。盡管在地下深埋了2400多年，但寶劍不老，依舊光澤耀目。曾在博物館一睹勾踐劍真容的觀眾留言道，即使隔著玻璃，也能感受到寶劍光芒所透出的深深寒意。

《國(guó)家寶藏》節(jié)目截圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

隨著近期《國(guó)家寶藏》節(jié)目的熱播，“高冷”的勾踐劍再次“火熱”起來。勾踐劍為何能千年不腐？硫化處理是防腐秘訣嗎？文物無損檢測(cè)有哪些新科技？小編請(qǐng)來湖北省博物館文保中心副主任江旭東博士來給大家解疑釋惑。

千年不腐選材用料好是首要因素

如果你看過第二期的《國(guó)家寶藏》，應(yīng)該對(duì)江旭東并不陌生。1983年出生的他，從武漢大學(xué)材料物理專業(yè)博士畢業(yè)后，選擇來博物館做了一名“文物醫(yī)生”。

借著這次做節(jié)目的契機(jī)，江旭東給越王勾踐劍來了一次“通身體檢”。距離上一次對(duì)勾踐劍的無損檢測(cè)，過去了40年。

越王勾踐劍，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

“（勾踐劍）作為非常珍貴的文物，我們一般不會(huì)輕易地觸碰它。另外，為了滿足公眾參觀需求，它一般長(zhǎng)期在展廳陳列，難得有機(jī)會(huì)能較長(zhǎng)時(shí)間拿出來做科學(xué)研究。”江旭東說道。

江旭東用顯微鏡給勾踐劍拍了上千張圖片，用了兩周時(shí)間拼接成一張完整大圖。將圖片放大，可以清晰地看到劍刃處呈現(xiàn)黃色樹枝一樣的圖案。“‘樹枝晶’狀的金相結(jié)構(gòu)，說明勾踐劍是鑄造而成的，進(jìn)而可以對(duì)劍的合金成分進(jìn)行分析”。

勾踐劍劍刃劍身50倍（左）和200倍（右）的顯微圖片

分析發(fā)現(xiàn)，勾踐劍中幾乎不含鉛，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示鉛含量不足0.1%。江旭東指出，這表明勾踐劍是用純度很高的上等銅料制成的。如同現(xiàn)今通過多次提純獲得純凈水一般，古人也是通過一次次提純，去除鉛等雜質(zhì)，煉成上等銅料。“對(duì)比同一墓葬的其它含鉛的器物，如下圖的銅劍含有約少量鉛，其表面則腐蝕嚴(yán)重。因此，選材用料好，是勾踐劍千年不腐的首要原因”。

望山一號(hào)墓邊廂109號(hào)銅劍

含硫高的地方腐蝕反而重

選材用料好之外，劍鞘的保護(hù)，以及密封很好的水下墓葬環(huán)境，也是勾踐劍千年不腐的重要因素。

勾踐劍在江陵望山一號(hào)楚墓內(nèi)棺中出土?xí)r，插在涂了漆的木質(zhì)劍鞘里。該墓長(zhǎng)期被地下水浸泡，墓室里面空氣含量很低。墓室內(nèi)一槨兩棺，層層相套。槨室四周用白膏泥填塞，其下部采用的還是人工淘洗過的白膏泥，致密性更好。這樣的墓葬環(huán)境，非常有利于青銅器的保護(hù)。

事實(shí)上，圍繞勾踐劍千年不腐之謎，一直有很多說法，硫化處理便是其中之一。而此次研究發(fā)現(xiàn)，劍身上含硫高的部位反而腐蝕更嚴(yán)重。江旭東提供的一張圖片顯示了與勾踐劍同一墓葬出土的另兩柄劍，劍身顏色越黑的地方含硫量越高。“由此可見，硫化處理并非千年不腐的原因，相反含硫高是腐蝕嚴(yán)重部位的特征之一”。

望山一號(hào)墓頭廂109號(hào)銅劍和邊廂109號(hào)銅劍

菱形紋的來歷鑄槽填錫

不只是千年不腐，遍布劍身的精美菱形暗格花紋同樣令人稱奇，代表了當(dāng)時(shí)高超的鑄劍工藝。

長(zhǎng)久以來，對(duì)于菱形紋飾到底是如何形成的，考古學(xué)界眾說紛紜。江旭東研究發(fā)現(xiàn)，菱形紋邊緣有白色條紋的黑色凹槽是整體塌陷進(jìn)去的，推測(cè)在凹槽里填上錫形成的花紋。

對(duì)劍身不同部位錫含量的檢測(cè)數(shù)據(jù)也支持“鑄槽填錫”的結(jié)論。江旭東介紹，菱形紋處錫含量最高，約31%，劍身錫含量約為24%，外側(cè)的劍刃部分錫含量最低，約20%。正是因?yàn)樘铄a才能形成上述的錫含量的變化規(guī)律。據(jù)此，江旭東嘗試?yán)L制了越王勾踐劍千年前的“真容”：一枚閃著黃白色光澤的寶劍。

越王勾踐劍復(fù)原圖（視頻截圖）

現(xiàn)在是研究勾踐劍的最佳時(shí)期

采訪中，江旭東指出，當(dāng)下正是研究勾踐劍的最佳時(shí)期。金相分析是金屬材料研究的最重要手段之一。一般情況下，對(duì)金屬材料進(jìn)行金相分析，需要進(jìn)行一系列有損的前處理工序，如切割取樣、鑲嵌固定、打磨拋光和金相腐蝕等。然而，對(duì)越王勾踐劍這樣的國(guó)寶采用這些處理工序是完全不可能的。

江旭東和同事們采用超景深顯微鏡，并為越王勾踐劍量身定制超大載物臺(tái)，這樣就可以避免切割取樣和鑲嵌固定的工序。劍身在古代制作過程中，本身就會(huì)經(jīng)歷打磨拋光的處理。千年墓葬環(huán)境的腐蝕，使得勾踐劍在自然條件下完成了金相腐蝕。

“這種腐蝕不同于傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)生厚實(shí)銹層的腐蝕，而是發(fā)生在金屬表面微米級(jí)別以內(nèi)的淺淺的腐蝕，有助于清晰地觀察到它的金相結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)完全無損地研究越王勾踐劍。”江旭東介紹道。因此，現(xiàn)在正是研究越王勾踐劍最佳時(shí)期。

在最好的年華，遇到研究越王勾踐劍最佳時(shí)期，也是件令江旭東倍感慶幸的事情。

科技助力無損檢測(cè)

勾踐劍的第一次“體檢”也跟上電視有關(guān)。

1977年，為迎接1978年召開的全國(guó)科學(xué)大會(huì)，中央決定拍攝一部科教片《古劍》，以反映我國(guó)古代科技成就。拍攝過程中，攝制組將勾踐劍送到復(fù)旦大學(xué)進(jìn)行科學(xué)研究。

當(dāng)時(shí)，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里用質(zhì)子X熒光非真空分析，對(duì)勾踐劍進(jìn)行無損傷的科學(xué)測(cè)定與研究，給出了勾踐劍中金屬成分和含量。隨后將研究成果發(fā)表在了復(fù)旦大學(xué)學(xué)報(bào)上。

質(zhì)子X 射線熒光分析是上世紀(jì)70 年代發(fā)展起來的一種多元素微量分析技術(shù)，利用原子受質(zhì)子激發(fā)后產(chǎn)生的特征 X射線的能量和強(qiáng)度來進(jìn)行物質(zhì)定性和定量分析。

隨著時(shí)代的進(jìn)步，越來越多的無損檢測(cè)技術(shù)用于文物研究和保護(hù)。江旭東介紹，利用顯微鏡可直觀觀察文物病害特征，進(jìn)行病害分析；通過元素分析儀可檢測(cè)出青銅器的合金成分；借助X射線探傷儀可給文物“拍片子”，從而觀察其裂隙等內(nèi)部缺陷。此外，一些手持的便攜式檢測(cè)儀用于日常文物監(jiān)測(cè)。

TIPS

春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，我國(guó)青銅劍鑄造工藝已相當(dāng)發(fā)達(dá)。當(dāng)時(shí)的煉爐已采用皮囊鼓風(fēng)加溫技術(shù)。各種青銅器因用途不同，其合金成分也有差異。我國(guó)古代第一部手工藝專著《考工記》，在“桃氏為劍”一節(jié)中，詳細(xì)記載了青銅劍的制作工藝。

注：文中圖片除注明外均由本文受訪者提供

來源：科技日?qǐng)?bào)