科學技術(shù)在古代陶瓷研究中的應(yīng)用

文/馬文寬 劉天寶

科學技術(shù)在古代陶瓷研究中的應(yīng)用

文/馬文寬 劉天寶

新中國成立以來，古代陶瓷的科技研究受到了空前重視。20世紀50年代中期，中國科學院冶金陶瓷研究所成立了中國古陶瓷研究小組（即后來的中國科學院上海硅酸鹽研究所），后在各方面配合下進行了一系列理化測試，研究古陶瓷的工藝特色，歷代各名窯的技術(shù)特點及胎、釉、彩的科學奧秘等；還通過對胎、釉的化學組成，巖相結(jié)構(gòu)和物理性能等進行測試與分析，為名窯的復制提供科學依據(jù)。經(jīng)過陶瓷科學工作者近30年的不懈努力，在1980年前后編寫了大型《中國陶瓷史》時，顯示出了科技在古陶瓷研究中的巨大作用。當時的編寫組曾向中國社會科學院考古研究所、故宮博物院等全國23個單位征調(diào)343種古陶瓷樣品，從中選出200多件有代表性的器物作為標本進行測試研究。

陶瓷科學工作者所進行的一系列科技研究使商代原始瓷器（即原始青瓷）、瓷器（漢代青瓷）、唐青花瓷的確立，進口鈷料與國產(chǎn)鈷料的區(qū)分，諸多窯口產(chǎn)品的理化特征和工藝特色等學術(shù)課題都得到了不同程度的解決?！吨袊沾墒贰返木帉懺谘芯糠椒ㄉ蠑[脫了傳統(tǒng)的僅從文獻資料，或僅從某一個別方面進行研究的局限性，而是廣泛地運用考古學、工藝學、化學、物理學、美學等各門學科的知識，并結(jié)合文獻資料和實物標本進行綜合研究。因而體現(xiàn)出中國古陶瓷學是一門綜合性學科，特別重視利用自然科學的方法來解決重大的學術(shù)課題?！吨袊沾墒贰返木帉戵w現(xiàn)了中國古陶瓷的研究方向。

（元） 青花龍紋象耳瓶

近20年來，由于考古資料的大量發(fā)現(xiàn)，科學的飛躍發(fā)展，古陶瓷的科技研究日益受到人們的重視，許多高科技引入到古陶瓷研究，使一些重大學術(shù)課題取得了進展或得到了較為圓滿的解決。下面試舉三例。

經(jīng)我國科學工作者近半個世紀的不斷努力，中國古陶瓷胎、釉主量化學組成的數(shù)據(jù)庫已初步建成。這是以上海硅酸鹽研究所為主所做的一件極為重要的工作，為中國古陶瓷的深入研究創(chuàng)造了條件。到20世紀80年代初人們認識到建立古陶瓷胎、釉化學組成的微量元素數(shù)據(jù)庫，對古陶瓷產(chǎn)地（窯口）的精確鑒定及其原料來源的研究都有著很重要的作用。為此，科技工作者收集諸窯口的陶瓷標本，通過核分析技術(shù)，用中子活化分析法(NAA)，測定其胎、釉中的微量元素。所謂微量元素是指那些胎、釉中含量在百萬分之幾的數(shù)量級(ppm)元素。這些微量元素都不受人工配方控制，對瓷器的質(zhì)量和價值沒有任何影響。微量元素有多種，且在不同地區(qū)的粘土中有各不相同的數(shù)值。這些數(shù)值，特別是其中指使元素的數(shù)值從一個角度反映了胎、釉的本質(zhì)特征，也就是反映了瓷器原料產(chǎn)地的特征。如果把不同窯系、瓷種、生產(chǎn)年代的標本都依微量元素在胎（釉）中的含量及分布規(guī)律列出譜系，那么，用它來判斷某件（片）瓷器時就有了客觀依據(jù)。

由于我國古陶瓷窯口眾多，年代久遠，已做出的幾百個標本數(shù)據(jù)離數(shù)據(jù)庫的建成相距遙遠，所以，古陶瓷中微量元素數(shù)據(jù)庫的建立是一件浩大的工程。

哥窯瓷片標本

景德鎮(zhèn)窯青花龍紋大盤標本

體現(xiàn)了大唐帝國繁榮與文明的唐三彩，曾遠銷到東北亞、東南亞、南亞、西亞和北非，并對日本、朝鮮、伊朗、伊拉克、埃及諸國的陶瓷發(fā)展產(chǎn)生了影響，進而出現(xiàn)了仿唐三彩的“新羅三彩” “奈良三彩” “波斯三彩”“薩馬拉三彩” “埃及三彩”等。由于這些仿制品非常成功，以至真?zhèn)坞y于用肉眼識別，另由于人們對唐三彩的認識有些誤解，因而某些西方學者提出了完全相反的意見，遂成為學術(shù)界長期爭論的一個學術(shù)課題，一直懸而未決。1987年英國學者羅森(J.Rawson)、泰特(M.Tite)等人對此課題進行了研究。他們把從埃及福斯塔特（Fwstat，古開羅）、伊拉克薩馬拉（Samarra，9世紀阿拉伯阿板斯王朝的首都）、斯里蘭卡曼泰(Mantai)出土的4片視為中國產(chǎn)的三彩片和薩馬拉出土的2片中國白瓷及薩馬拉出土的認為是當?shù)厮a(chǎn)的2片三彩和3片青花陶共11片，在不列顛博物館實驗室利用能量色散X射線分光儀和掃描電子顯微鏡對各標本進行測試，得出了各標本的胎、釉化學組成。所測數(shù)據(jù)分成兩組。一組是福斯塔特、薩馬拉、曼泰出土的4片唐三彩與薩馬拉出土的兩片白瓷，另一組是薩馬拉出土的兩片三彩和三片青花陶。前者胎的特點為高鋁（AL2O3達26.8～32.9%）、低鈣(Ca僅為0.3～1.5%)、低鐵（FeO僅為1.0～2.5%），后者胎的特點為低鋁（Al2O3僅為12.1～13.1%）、高鈣（CaO達20.9～24.2%）、高鐵(FeO達6.6～7.1%)。兩組的化學成分對比極為明顯，而且前者與中國學者所測試的窯址標本數(shù)據(jù)極為相近。這樣就把唐三彩和唐白瓷與薩馬拉三彩和青花陶極為清楚地區(qū)別開來。進而，科學工作者還進一步采用迅速而非破損的方法，即用X射線熒光分析法從伊斯蘭陶器中區(qū)分出中國陶瓷。通過X射線熒光光譜可以清楚地看到伊斯蘭器胎的高鈣、高鐵峰非常明顯，而中國器胎的低鈣、中鐵峰也十分顯著，進而還可看到兩者的硅峰高度是相近的。用這種迅速而非破損的方法來辨別文物的不同產(chǎn)地或真?zhèn)问禽^為理想的。

耀州窯瓷片標本

鈞窯瓷器標本

通過上述辦法，人們找到了區(qū)分中國瓷器與伊斯蘭陶器的方法。但科學家們還想要把這一學術(shù)課題解決得更為理想，即還要找出輸往伊斯蘭之地的唐三彩和白瓷的大致產(chǎn)地。這樣對前述的10片陶瓷（少1片薩馬拉三彩）和4片從中國得到的陶瓷（即1片鞏縣三彩、1片鞏縣白瓷、1片西安三彩、1片揚州出土的伊斯蘭釉陶片）進行了中子活化分析，測出了胎中23種次量和微量成分。又從其中找出13個能反映標本胎質(zhì)特點的“指紋”元素。然后再用聚類分析統(tǒng)計技術(shù)把這些標本中有相似“指紋”的集中分組。這樣同組的標本被視作用相同的陶土，在同一的生產(chǎn)中心制造的。

統(tǒng)計分析把這些標本分成四組，前三組(A、B、C組)均屬中國，而5片伊斯蘭陶片均分到了第四組（D組）。這又一次把中國瓷器與伊斯蘭陶器明顯地區(qū)分開來。在屬于中國產(chǎn)品的三組中有些情況應(yīng)做如下說明。屬于A組的有福斯塔特、薩馬拉、曼泰出土的唐三彩各1片。薩馬拉出土的兩片白瓷及中國帶去的1片鞏縣窯白瓷和1片西安三彩。屬于B組的僅有1片由中國帶去的鞏縣窯三彩片。屬于C組的僅有1片曼泰出土的唐三彩。從A組的情況來看，所包括的唐三彩與白瓷均應(yīng)屬于鞏縣窯所產(chǎn)。從傳統(tǒng)的觀點來看，薩馬拉出土的白瓷被認為是邢窯或定窯產(chǎn)品，現(xiàn)在看來應(yīng)是鞏縣窯或起碼有一部分是鞏縣窯產(chǎn)品。至于A組的1片西安三彩和B組、C組的兩片唐三彩所存在的區(qū)別做何種解釋呢？由于前述中國古陶器中的微量元素數(shù)據(jù)庫尚未建成，故對此尚未能做出圓滿的說明。推測A組的1片西安三彩應(yīng)來自鞏縣窯，B組的三彩亦應(yīng)是鞏縣窯的產(chǎn)品，來自曼泰的1片唐三彩落入到C組，顯然與A組的曼泰唐三彩有別，說明二者來自不同的窯口，但C組的產(chǎn)地不明。這有待于對更多的唐三彩及新發(fā)現(xiàn)的邢窯三彩標本進行中子活化分析，得出更多的數(shù)據(jù)才能最后解決。

根據(jù)這次測試，鞏縣窯的唐三彩與白瓷有相近的化學組成，相近的?；潭?，它們的燒成溫度測試結(jié)果是在1100℃～1200℃之間，因而鞏縣唐三彩至少有一部分應(yīng)屬于瓷的范圍。以前所測唐三彩的燒成溫度是1050℃～1150℃，而鞏縣白瓷的燒成溫度則是1260℃～1380℃。但根據(jù)二者胎的化學組成和玻化程度來看，鞏縣三彩和白瓷的燒成溫度應(yīng)是相近似的。故那種把唐三彩都看成為陶的觀點似應(yīng)得到修正。

最近西北大學化學系郎惠云等與日本學者三辻利一用X熒光分析法對唐三彩和奈良三彩進行測試。然后通過K/Ca、Rb/Sr兩個化學因子來判別唐三彩和奈良三彩。因生產(chǎn)奈良三彩的窯址至今沒有發(fā)現(xiàn)，這種判別更有其重要意義。這也是一種用非破損的分析來判別各種三彩的一種可行的方法。

以前有一種觀點認為唐三彩僅作為冥器而流行于盛唐，因此不可能輸往國外。但從上述的考察證實，唐三彩日用產(chǎn)品曾在中晚唐遠銷亞非諸國，并在各國產(chǎn)生了深遠的影響，進而生產(chǎn)了奈良三彩、薩馬拉三彩等。

唐代與元代是中國與伊斯蘭世界貿(mào)易往來和文化交流的兩次高潮時期。由于受到唐三彩的影響，也為了滿足國外市場的需求，唐青花瓷應(yīng)運而生。元代青花瓷大量地生產(chǎn)外銷。明清數(shù)百年間青花瓷一直成為中國外銷瓷的最主要品種。就元青花瓷而言，國內(nèi)保存的較少，但造偽者較多且技術(shù)頗為精道，因而僅憑經(jīng)驗難以辨識。這樣就必須用先進的科技方法以辨其真?zhèn)巍?/p>

最近中國科學院高能物理研究所北京同步輻射實驗室、上海硅酸鹽研究所、復旦大學現(xiàn)代物理研究所等對兩件傳世品青花云龍象耳瓶（分別高58.5和59.5厘米）進行了測試?，F(xiàn)根據(jù)這些數(shù)據(jù)并結(jié)合上海硅酸鹽研究所在20世紀70年代對兩件元青花和三件元大都出土的青花測試數(shù)據(jù)、20世紀90年代對景德鎮(zhèn)出土的兩件元青花、1件元代藍釉瓷片進行測試的數(shù)據(jù)和20世紀80年代初英國不列顛博物館實驗室對3件元青花所測試的數(shù)據(jù)作如下討論：

一、高能物理研究所同步輻射實驗室對元大都出土的兩件青花瓷和兩件傳世品青花云龍象耳瓶，運用當前世界上最先進的儀器，用三種不同的核分析方法即X射線熒光分析法（XHF）、外束質(zhì)子激發(fā)熒光(PLXE)分析法和同步輻射X熒光(SRXRF)分析法進行了測試，表明4件標本的青花部分和白釉部分都有極相似的化學組成，其特征有四：

龍泉窯瓷片標本

1．4件標本的白釉和青花兩部分均有高鈣低鉀特征。這點與上海硅酸鹽研究所、復旦大學、不列顛博物館等單位所測試的元青花結(jié)果相似。

2．4件標本的青花部分均有低錳高鐵特征，這點與上述諸單位所測試的元青花相同，均有清楚的文字表述，并大都明確指出元青花采用了進口鈷料。

3．4件標本的青花部分均含有微量元素砷。復旦大學有相同的測試結(jié)果。上海硅酸鹽研究所早在20世紀70年代已測試出了這一特征，并明確指出，“任選一元青花測其含As2O3量，亦發(fā)現(xiàn)含As2O3”。

4．A件元青花的白釉和青花部分都有很低的鋅鐵比。復旦大學的測試亦有相似的結(jié)果。

上述幾家科研單位，采用了多種高科技方法對兩只青花云龍象耳瓶及元大都出土的兩件青花瓷進行了測試，同時參照以前對3件元大都出土的青花瓷、3件景德鎮(zhèn)出土的元青花及其他元青花所作的測試，大都表明它們的青花部分及白釉有相似的化學組成，特征極為明顯。這些證明了兩只青花云龍象耳瓶為元代所產(chǎn)。

（唐） 三彩貴婦騎俑

二、復旦大學現(xiàn)代物理研究所用質(zhì)子激發(fā)X熒光技術(shù)對兩件傳世品青花云龍象耳瓶所做的測試中，胎中含ALO3分別為26.77和23.49%，SiO2為63.24%和65.79%。而這些數(shù)據(jù)與20世紀70年代及20世紀90年代上海硅所和不列顛博物館所測試元青花的數(shù)據(jù)有些出入，表現(xiàn)為兩件大瓶胎的AL2O3含量較高，SiO2的含量較低。對此，復旦大學現(xiàn)代物理研究所的學者認為，“元代也有某些青花產(chǎn)品的瓷胎達到上述數(shù)值。由于目前元代早期大型青花器的實驗數(shù)據(jù)太少，因而難以比較，這要待以后進一步研究分析”。他們提出對這兩只青花瓶要從大型器來考慮問題是有道理的。大型器對制胎原料有特殊要求，即要求胎料有較高的可塑性和較高的生坯強度，還要提高耐火度，以防止器物在高溫下發(fā)生坍塌或變形。對此就必須提高胎的Al2O3含量，也就是在胎料的瓷石與高嶺土配方中要增加高嶺土的比例。因“明清時代的景德鎮(zhèn)陶工是把高嶺土當作一種抗變形的原料摻進瓷胎的”。其實早在元代就已這樣做了。這點可能就是青花云龍象耳瓶胎中Al2O3含量較高的原因。當然為了提高燒成溫度以抗變形等也不排除個別小件器物胎中Al2O3的含量較高。最近復旦大學現(xiàn)代物理研究所又對景德鎮(zhèn)出土的27件元青花和5件洪武青花瓷用前述的方法進行了測試，結(jié)果有5件元代青花標本胎中Al2O3含量接近甚至超過云龍象耳大瓶。其中龍紋硯盒蓋胎中Al2O3含量高達28.69%，而SiO2則為62.74%。這些說明隨著研究工作的深入，實驗數(shù)據(jù)的增多，使一些問題得到更為圓滿的解決。

總之，近50年來中國古陶瓷的科技研究取得了極為顯著的成績。其成果已應(yīng)用到陶瓷史研究的各個方面。本文僅簡述了其中一部分，但可以清楚地看到，它為古陶瓷研究開辟了廣闊的新領(lǐng)域。今后古陶瓷學者與古陶瓷科技研究者之間的相互配合應(yīng)進一步加強，以期取得更大的研究成果。