漢代鑄錢夾砂陶背范的分析研究

廉海萍

(上海博物館，上海 200003)

0 引 言

與漢代鑄錢相關(guān)的遺物中，鑄錢夾砂陶背范(圖1)出土數(shù)量最多，多與鑄造鑄錢金屬范的陶范同時出土，如北京懷柔漢代鑄錢遺址[1]、陜西西安戶縣鑄錢遺址[2]、相家巷、窩頭寨、高低堡、黃堆譚、東柏良村等鑄錢遺址[3]、遼寧寧城縣黑城古城新朝鑄錢遺址[4]，說明這些遺址在鑄造鑄錢金屬面范的同時用金屬面范與夾砂陶背范合范鑄造錢幣。鑄錢夾砂陶背范和鑄造鑄錢金屬范的陶范是陜西西安的各鑄錢遺址中最多的遺存物。鑄錢夾砂陶背范是與金屬或石質(zhì)面范組成鑄型用于鑄造錢幣。

圖1 陜西戶縣鑄錢遺址出土的鑄錢夾砂陶背范(西安文物保護修復中心藏)Fig.1 A clay-gravel mold unearthed at Huxian Site， Shaanxi Province

窩頭寨漢代鑄錢遺址是一處西漢時期重要的鑄錢遺址。早在1962年陜西省博物館和文管會考古調(diào)查組對陜西西安窩頭寨漢代鑄錢遺址作了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)五銖陽文陶范和陰刻背范，認為“或許也是屬于三官之一的官署所在”[5]。2018年12月在西安召開的“手工業(yè)考古·長安論壇——以秦漢錢幣鑄造業(yè)為中心”學術(shù)論壇會議上，劉瑞就2012年6月起對窩頭寨漢代鑄錢遺址的發(fā)掘指出“窩頭寨遺址是目前第一個四至清晰、布局略明的大型秦漢鑄錢遺址，這豐富了我們對秦漢錢幣鑄造工廠的既有認識，其可能當屬漢武帝時專鑄五銖的上林三官之一?！鄙缈圃嚎脊潘忑垏Y(jié)合文獻與考古發(fā)現(xiàn)對上林三官進行探討，認為窩頭寨可能為上林三官之一的“六廄鑄錢遺址”[6]。

錢幣學界對錢范的關(guān)注重點多在具有錢幣正面型腔的面范上，因為這類面范具有標注錢幣幣值的半兩、四銖、五銖或大泉五十等銘文，對鑄錢陶背范的關(guān)注也是在錢幣型腔的尺寸上，目前所見對鑄錢夾砂陶背范的研究僅見姜寶蓮等[2]對陜西戶縣鐘官鑄錢遺址出土的夾砂陶背范的成形、成分及相結(jié)構(gòu)進行了分析。為了揭示鑄錢夾砂陶背范的制作工藝并探討陶范多次使用的可能性及夾砂層的作用，對陜西西安窩頭寨漢代鑄錢遺址出土的鑄錢夾砂陶背范進行了分析和研究。

1 樣品描述

13件鑄錢夾砂陶背范是在陜西省錢幣學會常務(wù)理事黨順民先生的幫助下采集于陜西西安窩頭寨鑄錢遺址(其中12件見圖2)，都是由泥質(zhì)面層與夾砂背層兩層組成(圖3)。泥質(zhì)面層的型腔面上有數(shù)量不等的錢幣圓形外郭與方形內(nèi)郭型腔，泥質(zhì)面層較薄，采用細顆粒的泥料制作，呈土黃色或淺磚紅色；夾砂背層較厚，在泥料中摻雜了較多的肉眼可見的粗細不一的砂礫，呈磚紅色。面層與背層在組成上存在明顯的區(qū)別。用數(shù)顯游標卡尺測量13件鑄錢夾砂陶背范的總厚度，在顯微鏡下放大20倍時測量泥質(zhì)面層的厚度，總厚度減去泥質(zhì)面層厚度得到夾砂層的厚度，樣品的總厚度、面層與背層的厚度數(shù)據(jù)及分布曲線見圖4。

圖2 陜西西安窩頭寨鑄錢遺址出土的鑄錢 夾砂陶背范樣品 由上至下、由左自右樣品編號依次為JSCM1～JSCM12Fig.2 Clay-gravel molds unearthed from Wotouzhai Site of Xi’an， Shaanxi Province

圖3 陜西西安窩頭寨遺址出土的鑄錢夾砂陶背范Fig.3 Clay-gravel molds unearthed from Wotouzhai Site of Xi’an，Shaanxi Province

夾砂陶背范型腔面上具有錢幣的圓形外郭與方形內(nèi)郭的型腔，在顯微鏡下測量型腔的深度，為0.5 mm(508 μm)(圖5)，為保證背郭型腔的制作和鑄造錢幣，面層厚度應(yīng)該至少在1 mm以上。在13件樣品中面層厚度在1.3～6.5 mm之間，有7件樣品面層的厚度在1.3～2.0 mm之間，占總樣品數(shù)的54%，能夠在1.3～2.0 mm厚度內(nèi)將數(shù)十枚錢幣背郭型腔制作在夾砂陶背范上，對面層的平整度要求極高，表明工匠們已具有極高的技術(shù)水平。

圖4 鑄錢夾砂陶背范總厚度及面層與背層厚度分布曲線Fig.4 Distribution curves of total thickness， and the thickness of the surface and back layer of clay-gravel molds

圖5 在顯微鏡下測量面層與背郭型腔的尺寸(JSCM13)Fig.5 Thickness of the surface layer and depth of mold cavity(JSCM13)

夾砂背層在作為泥質(zhì)面層的背底外還需要保證一定的力學性能才能滿足它與金屬面范合范鑄錢的使用要求，厚度不足易折斷，而厚度太厚重量增加，原材料使用量增加，焙燒時耗能更多，焙燒時間增加，生產(chǎn)效率降低，因此夾砂背層厚度在40～54 mm是工匠們在實踐中獲得的結(jié)果。

2 實驗儀器與方法

2.1 化學元素組成分析

采用Bruker Tracer 5i型手持式熒光儀(XRF)分析泥質(zhì)面層與夾砂背層的10種主元素。測試標準通過GBW系列巖石成分分析標準物質(zhì)數(shù)據(jù)建立并校正，測試電壓15 kV，電流40 μA，檢測時間120 s，真空。

對樣品的泥質(zhì)面層，用砂紙打磨去表面的附著物后檢測表面。對夾砂背層，沿著截面打磨平整，每個樣品檢測3個部位，然后取3個數(shù)據(jù)的平均值。

2.2 物相組成分析

采用德國布魯克AXS公司生產(chǎn)的D8型X射線衍射儀(XRD)，對一件樣品的夾砂背層進行分析，取樣后磨碎、壓片后進行檢測。檢測條件：銅靶(CuKα)，測試電壓40 kV，電流200 mA。

采用意大利Assing公司Surface Monitor 2.0 XRF-XRD聯(lián)用測試系統(tǒng)對一件鑄錢夾砂陶背范(JSCM5)的泥質(zhì)面層、夾砂背層中泥質(zhì)基體、白色砂礫和淡紅色砂礫進行物相組成分析，檢測參數(shù)：電壓50 kV，電流75 μA，金靶(Au La)，XRD步進角0.1°，XRD測試角度范圍20°～70°。光斑直徑2 mm。

采用Renishaw公司的Invia Reflex型顯微共聚焦激光拉曼光譜儀(配有Olympus共聚焦顯微鏡)對一件鑄錢夾砂陶背范(JSCM12)夾砂背層中砂礫進行檢測，檢測參數(shù)：激光光源波長532 nm，物鏡倍數(shù)50，樣品表面能量為25 mW，掃描時間5 s，累計次數(shù)10次，掃描范圍100～1 800 cm-1。理論光斑尺寸865 nm。將樣品直接放置于顯微鏡下進行分析。

2.3 熱分析

采用耐馳公司生產(chǎn)的高性能熱膨脹儀分析了3件鑄錢夾砂陶背范和2件相同遺址出土的鑄造鑄錢金屬范的陶范，儀器型號：NETZSCH DIL-402C，檢測條件：升溫速率5 ℃/min，空氣氣氛。

2.4 顯微形貌分析

采用掃描電子顯微鏡觀察樣品的顯微形貌，儀器型號：Quanta 3D FEG，檢測電壓：5 kV，工作距離10 mm。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 化學元素組成分析

對13件樣品的泥質(zhì)面層與夾砂背層的10種主元素含量進行檢測。泥質(zhì)面層分析數(shù)據(jù)見表1。夾砂背層分析數(shù)據(jù)見表2。對比表1和2，Al2O3、CaO和Fe2O3數(shù)據(jù)區(qū)別較明顯，SiO2是組成中的主元素，將數(shù)據(jù)以箱形圖表示(圖6)，可見夾砂層中Al2O3含量不論是分布范圍，還是集中分布區(qū)域都明顯比泥質(zhì)面層高，黏土是Al2O3主要來源，夾砂層中黏土的含量較高，這樣才能有足夠的黏性將砂礫(瘠性材料)粘結(jié)成型；CaO和Na2O含量則相反，泥質(zhì)面層中CaO和Na2O含量分布范圍和集中分布區(qū)域都明顯比夾砂層高。姜寶蓮等[2]對漢鐘官鑄錢遺址出土的陶范和土樣進行的XRD檢測分析中有2件細面層的分析結(jié)果中分別有10%和15%的非晶相。譚德睿先生[7]對商周時期陶范的植物硅酸體分析表明古陶范均含有豐富的植物硅酸體，植物硅酸體屬于非晶質(zhì)，只有在高溫和長時間加熱時植物硅酸體才能部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)，非晶相的存在表明泥質(zhì)面層內(nèi)摻入了植物質(zhì)，植物灰的加入可以改善陶范的充型能力[7]，提高錢幣鑄造的成品率。

表1 鑄錢夾砂陶背范泥質(zhì)面層成分Table 1 Composition of the surface layer of clay-gravel molds (%)

表2 鑄錢夾砂陶背范夾砂背層成分Table 2 Composition of the back layer of clay-gravel molds (%)

圖6 鑄錢夾砂陶背范泥質(zhì)面層與夾砂背層的化學組成箱形圖Fig.6 Box plots of composition of the surface layer and back layer of clay-gravel molds

3.2 X射線衍射儀分析結(jié)果

采用德國布魯克AXS公司生產(chǎn)的D8型X射線衍射儀對鑄錢夾砂陶背范(JSCM13)的夾砂層進行了XRD分析，對衍射圖譜的分析可知鑄錢夾砂陶背范夾砂層的組成是：SiO2(α-石英)、KAlSi3O8(微斜長石)、CaAl2Si2O8(鈣長石)、Fe2O3(磁赤鐵礦)、CaSi2O5(硅酸鈣)、Ca2Fe3Al2(Si6Al2)O22(OH)2、疑似少量(Na，Ca)Al(Si，Al)3O8(鈉長石)、少量未知物。

與鑄造鑄錢金屬范陶范的衍射分析結(jié)果[8]對比，兩者都具有石英、微斜長石、鈣長石、磁赤鐵礦和硅酸鈣。

3.3 XRF-XRD聯(lián)用測試系統(tǒng)分析結(jié)果

采用意大利Assing公司Surface Monitor 2.0 XRF-XRD聯(lián)用測試系統(tǒng)對一件鑄錢夾砂陶背范(JSCM5)的泥質(zhì)面層、夾砂背層中泥質(zhì)基體與白色砂礫和淡紅色砂礫進行物相組成分析，共檢測了7個點(圖7)，但檢測點7時電流很快降為0，未獲得檢測數(shù)據(jù)。其余6個點的主要物相組成見表3。檢測結(jié)果表明泥質(zhì)面層與夾砂背層中的泥質(zhì)基體主要的物相組成相同，都是微斜長石、石英和赤鐵礦，對比2個部位的XRF譜圖(圖8)，鐵和鈣元素的譜峰高低區(qū)別較大，夾砂背層中泥質(zhì)基體的Fe Kα譜峰高于泥質(zhì)面層，表明夾砂背層中赤鐵礦的含量高于泥質(zhì)面層，這也是夾砂背層的色澤偏向更紅的原因；泥質(zhì)面層中Ca Kα譜峰比夾砂背層中泥質(zhì)基體的譜峰高，泥質(zhì)面層中碳酸鈣或長石類的物相組成可能更多。夾砂背層中的砂礫主要物相是石英、微斜長石、鈣長石等，砂礫2和砂礫4的區(qū)別是微斜長石和石英的比例不同，另外還可能有微量的其他物質(zhì)，受分辨率所限無法準確判斷。

圖7 XRF-XRD聯(lián)用測試系統(tǒng)對樣品(JSCM5) 進行分析的位置Fig.7 Positions of JSCM5 analyzed by XRF-XRD system

表3 鑄錢夾砂陶背范(JSCM5)的泥質(zhì)面層與夾砂背層的物相組成Table 3 Phases of the surface layer and back layer of the clay-gravel mold JSCM5

圖8 鑄錢夾砂陶背范(JSCM5)泥質(zhì)面層與夾砂背層中泥質(zhì)基體的XRF譜圖Fig.8 XRF spectra of clay in the surface layer and back layer of the clay-gravel mold JSCM5

3.4 顯微共聚焦激光拉曼光譜儀分析結(jié)果

采用Renishaw公司的Invia Reflex型顯微共聚焦激光拉曼光譜儀(配有Olympus共聚焦顯微鏡)對一件鑄錢夾砂陶背范(JSCM12)夾砂背層中24顆砂礫進行檢測，檢測結(jié)果見圖9，主要是長石和石英顆粒，與XRF-XRD聯(lián)用測試系統(tǒng)分析結(jié)果一致。

3.5 熱分析

3件鑄錢夾砂陶背范(JSCM5，JSCM7和JSCM12)和2件同遺址出土的鑄造鑄錢金屬范陶范(CM1和CM2)的平均熱膨脹系數(shù)值見表4，可見3件鑄錢夾砂陶背范平均熱膨脹系數(shù)從α30-100到α30-1000數(shù)值比較線性，而鑄造金屬范的陶范1件數(shù)值變化較大(CM1)，另1件(CM2)受熱后反而出現(xiàn)收縮。鑄錢夾砂陶背范是與金屬面范組成鑄型以鑄造金屬錢幣，受熱后其具有好的熱穩(wěn)定性，才可以保證陶背范與金屬面范組合嚴密，以免鑄錢時液態(tài)金屬從合范不嚴密處外溢導致澆注失敗。

3.6 顯微形貌觀察

在掃描電子顯微鏡下觀察鑄錢夾砂陶背范，泥質(zhì)面層和夾砂層區(qū)別明顯(圖10a)，泥質(zhì)面層由細小的黏土顆粒組成，有較多的小孔洞存在，有利于鑄錢時型腔內(nèi)氣體的排出(圖10b)；夾砂層則分布著較多的大小不一的巖石顆粒，包裹著巖石顆粒周圍的是較致密的黏土(圖10c)。

檢測結(jié)果后小括號的數(shù)值代表在這顆砂礫上檢測的點數(shù) 圖9 顯微共聚焦激光拉曼光譜儀檢測樣品(JSCM12)夾砂背層中砂礫及其檢測結(jié)果Fig.9 Analysis locations and their results of JSCM12 using micro confocal laser Raman spectrometer

表4 陶范的平均熱膨脹系數(shù)與理論燒成溫度Table 4 Average coefficients of thermal expansion and theoretical firing temperatures of the clay-gravel molds

圖10 鑄錢夾砂陶背范(JSCM12)在掃描電鏡下的形貌Fig.10 SEM images of JSCM12

4 討 論

4.1 鑄錢夾砂陶背范的制作過程

樣品(JSCM6)有部分表面細泥層剝落，露出了夾砂層上薄薄的一層細泥層，其上有沿一個方向的平行條紋，表明在制作細泥層前是先在夾砂背層上刷上一層薄泥，薄泥層中具有一定的含水量，才能用刮板刮平，刮板在泥層上留下了紋路，然后再將所需厚度的表面細泥層敷在其上。這層泥起到了增加表面細泥層與夾砂背層的結(jié)合力，確保面層與背層不脫離。

夾砂陶背范的制作過程：按一定的比例配置泥、熟料和大量的砂；經(jīng)練泥和陳腐后，制作長方形平板范；入爐焙燒；在焙燒后的夾砂層上涂敷一層細泥漿(圖11)，以增加表面細泥層與夾砂層的結(jié)合力，然后覆上一層細泥料，在泥層的表面制作錢幣的背郭，焙燒，完成夾砂陶背范的制作。

圖11 西安窩頭寨遺址出土的鑄錢陶背范(JSCM6)Fig.11 JSCM6 unearthed from Wotouzhai Site in Xi’an

4.2 鑄錢夾砂陶背范重復使用的可能性

商周時期的鑄銅遺址出土了大量陶范[9-11]，用于鑄造青銅禮器、樂器和車馬器等，在鑄造青銅器后需敲碎才能取出青銅器，因而大多較殘破，是一次性使用的陶范。但對于器型簡單的銅鏡、錢幣和工具等，陶范是否能夠重復使用，一直是學術(shù)界關(guān)注的問題。楊勇和白云翔先生在對臨淄齊故城出土鏡范的研究中指出：現(xiàn)在基本可以確定，這些鏡范是可以多次澆鑄使用的，而且當時的鑄鏡工匠也是這樣使用鏡范的[12]。證明了鑄造銅鏡的陶范可以重復使用。姜寶蓮等[2]對鐘官鑄錢遺址的研究中指出“使用金屬面范鑄幣，面范可以反復利用，而陶背范則只能使用一次，即告損毀。因此在錢幣鑄造過程中就需要消耗大量的陶背范與金屬面范配合使用”。在現(xiàn)代鑄造工業(yè)中，金屬范可以使用數(shù)百至上千次，又被稱為永久型鑄型。如果鑄錢時金屬范可以反復使用而陶背范只能使用一次，鑄錢的生產(chǎn)效率會被減低很多，無法實現(xiàn)大批量高效率的錢幣鑄造。

在窩頭寨鑄錢遺址中發(fā)現(xiàn)了一塊鑄錢夾砂陶背范(圖12)，在該殘范夾砂層上是一層泥質(zhì)面層，殘存7個錢幣的背郭型腔，而在這層型腔面的左上角還殘存著另外一層半個五銖錢的背郭型腔，從斷口處看，上下二層的方形內(nèi)郭與圓形外郭的型腔完全重合。這件夾砂陶背范在鑄造過錢幣后直接在細泥層表面上另加一層泥料重新制作新的背郭型腔，且兩層內(nèi)郭與外郭的線條完全重合，要保證上下兩層型腔在相同位置，只有使用同一個印模，且在嚴格的模板定位技術(shù)的保證下才能實現(xiàn)，這表明了在用夾砂陶范進行錢幣的鑄造時，可以直接在細泥層上另加一層細泥層重新制作錢幣的背郭型腔，再次進行錢幣的鑄造，這也是部分夾砂陶背范表面細泥層厚度較厚的原因。當夾砂陶背范再次使用時，可以去除表面的細泥層或直接在原型腔面上另加一層細泥層重新制作錢幣的背郭型腔，與金屬范合范再次進行錢幣的鑄造，這樣夾砂層可以一直被使用到損壞為止。因此，夾砂陶背范是可以重復使用的，只要重新制作表面細泥層即可，這樣極大地提高了鑄錢效率。

因此，不僅在漢代銅鏡的鑄造上鏡范可以重復使用，而且在漢代錢幣的鑄造上夾砂陶背范也可以重復使用。

4.3 砂礫在夾砂陶背范中的作用

石英和長石是夾砂層中砂礫的主要相組成，在陶范焙燒前，石英和長石能起瘠性原料的作用，減少陶范在干燥過程中的收縮和變形；在陶范焙燒過程中，由于石英的加熱膨脹，可以部分補償坯體的收縮，在高溫中一部分石英與黏土的分解物Al2O3反應(yīng)，生成莫來石(3Al2O3·2SiO2)，一部分溶解于液相(長石玻璃)中，增加熔體的黏度，增進抵抗變形的能力[13]。

圖12 陜西西安窩頭寨鑄錢遺址出土的鑄錢夾砂陶背范Fig.12 A clay-gravel mold found at Wotouzhai Site in Xi’an， Shaanxi Province

加粗砂的背層，可以提高陶背范的強度、硬度、耐火度和抗變形的能力。表面細泥層可以提高所鑄造錢幣的表面質(zhì)量。

5 結(jié) 論

1) 鑄錢夾砂陶背范與金屬面范組成鑄型以鑄造金屬錢幣，受熱后具有良好的熱穩(wěn)定性可以保證陶背范與金屬面范組合嚴密，避免液態(tài)金屬從合范不嚴處流出導致鑄錢過程失敗。

2) 鑄錢夾砂陶背范是由泥質(zhì)面層與夾砂背層組成。泥質(zhì)面層采用細泥料制作，其作用是保證所鑄造的金屬錢幣具有優(yōu)良的表面質(zhì)量；夾砂背層是在制范泥料中摻雜了較多的肉眼可見的砂礫，其作用是提高陶范的機械性能，減小陶范受熱后的變形，有利于與金屬范合范鑄錢。

3) 鑄錢夾砂陶背范的制作過程是：先制作夾砂層，然后在夾砂層上制作細泥層，在細泥層上印制錢幣的背郭型腔，進行錢幣的鑄造；再次使用時，可以去除表面的細泥層重新制作表面細泥層，或直接在原型腔面上另加一層細泥層重新制作背郭型腔，再次進行錢幣的鑄造。夾砂層可以一直被使用到損壞為止。鑄錢夾砂陶背范可以多次使用。

4) 夾砂陶背范背郭型腔的制作使用了模板，并配以嚴格的定位技術(shù)。

致 謝：感謝陜西省錢幣學會黨順民先生對本工作的幫助和支持！XRF-XRD聯(lián)用測試系統(tǒng)和顯微共聚焦激光拉曼光譜儀分析工作分別由上海博物館沈敬一和裔傳臻完成，一并致謝！