故宫景泰蓝收藏中的古代科学

景泰蓝又称铜胎景泰蓝珐琅，是一种釉料与金属基体相结合的工艺品。它诞生于西方，元朝末年由阿拉伯国家传入中国，至明代景泰时期发展迅速。故宫里有很多种景泰蓝，包括陈设品、祭品和生活用具。它们不仅奢华高贵，而且坚固耐磨。它们是明清两代皇室的珍贵器物。景泰蓝的制作工艺主要包括备料、制胎、掐丝、抛光、镀金。

备料是将硼砂、长石、应时等矿物原料混合，在高温炉中加热，然后冷却，研磨成粉末，成为珐琅釉；在轮胎制造中，使用紫铜(红铜)作为胎体材料，将其加工成所需形状的胎体；掐丝是将紫铜加工成扁丝状，然后捏(断)成各种需要的图案，高温烘烤，通过银焊料与铜胎焊接；蓝光是将搪瓷釉与一定比例的水混合，然后通过吸管等工具均匀注入细丝之间的缝隙；烧蓝是将具有蓝色饰面的基体放入高温炉中烘烤，以利于搪瓷釉牢固附着在基体上；抛光是对牙釉质表面进行抛光；镀金是在珐琅表面涂上金汞合金(金和汞的混合物)。在炭火的作用下，汞挥发，金附着在珐琅表面。

景泰蓝的制作在选材上是科学的。搪瓷釉可以增加器皿的机械强度、介电强度和热稳定性，也有利于器皿表面的光滑和便于清洗；基体选用紫铜，主要是因为紫铜柔软有延展性，容易切割加工成所需形状，而且铜在空气中容易氧化，因此在高温下容易与搪瓷结合，增强釉与基体的结合力；捏可以将釉分成几个小部分，有利于增加捏对釉的结合力，限制珐琅质的变形。

就银助焊剂而言，清代科学家郑所著《镜镜詅痴》卷四载有“钟助焊剂，以银助焊剂为良方”。用菜花铜六分，纹银四分，老嫩刚”。这句话说明银焊剂主要由菜花铜和银组成，而菜花铜是由紫铜和炉甘石(碳酸锌矿物)冶炼而成。因此，我国传统的银焊剂至少包括铜、锌、银等金属的合金，具有良好的焊接性，有利于充分填充焊件之间的间隙。要打磨珐琅表面，可以先用粗砂石初步打磨釉面，再用细砂石去除局部黑度和不平整，最后用表面纹理细腻的椴木木炭打磨出亮光。金的化学性质极其惰性，无论在常温还是高温下，都不会被氧化。镀金有利于防止景泰蓝制品氧化，使其更加耐用美观。

景泰蓝生产的科学性还体现在不同材料在不同生产阶段熔点温度的科学应用上。在制备阶段，原料多为不同熔点和温度的天然矿物晶体。当这些原料在高温炉中加热时，一些低熔点的原料首先熔化并形成共晶混合物，然后与熔点较高的晶体焊接在一起。当原料加热到1300左右后冷却，形成半透明的玻璃体，研磨成粉后成为珐琅釉。

掐丝阶段，铜掐丝和铜基体多为红铜，熔点约1080摄氏度。铜丝掐丝通过钎焊焊接在铜基体上，钎料多为青铜。青铜是一种铜锡合金。根据合金定律，其熔点(约850)低于紫铜。因此，在850左右的高温炉中，青铜熔化并将扼流圈线牢固地粘在铜基体上。

在镀金阶段，由于汞的沸点在357左右，而金只有超过1000才会熔化，所以汞只有在400左右烘烤后才会挥发，使金层牢固地附着在珐琅表面。

五彩斑斓的珐琅离不开着色剂的科学应用。制作珐琅釉时，将不同的金属氧化物混合到原料中，金属离子的颜色使珐琅呈现出所需的釉色。当使用铁(铁)、铜(铜)、锰(锰)和钴(钴)等离子体作为着色剂时，釉可以分别为黄棕色、绿色、紫色和蓝色。搪瓷着色剂的应用原理是在高温作用下，釉料中金属氧化物的离子组成发生变化，使其吸收波长发生变化，从而使通过釉料的光线呈现特定的颜色。通过改变釉中氧化物的含量，可以调节釉色的亮度和纯度。此外，当两种或多种金属氧化物在高温下混合时，会产生新的颜色。古人在长期的实践中获得了具有不同显色效果的矿物，如含氧化铁(Fe2O3)的赭石、含氧化铜(CuO)的铜渣、含氧化锰(MnO)的钴土矿、氧化钴(CoO)等。通过对上述矿物质的适当处理，可用于珐琅釉的着色。

故宫的景泰蓝收藏精美，工艺历史悠久。它们不仅是东西方文化交流的见证，也体现了中国古代珐琅烧制、金属加工焊接、镀金等技术的科学应用。