科学技术在古代陶瓷研究中的应用

文/马文宽 刘天宝

科学技术在古代陶瓷研究中的应用

文/马文宽 刘天宝

新中国成立以来，古代陶瓷的科技研究受到了空前重视。20世纪50年代中期，中国科学院冶金陶瓷研究所成立了中国古陶瓷研究小组（即后来的中国科学院上海硅酸盐研究所），后在各方面配合下进行了一系列理化测试，研究古陶瓷的工艺特色，历代各名窑的技术特点及胎、釉、彩的科学奥秘等；还通过对胎、釉的化学组成，岩相结构和物理性能等进行测试与分析，为名窑的复制提供科学依据。经过陶瓷科学工作者近30年的不懈努力，在1980年前后编写了大型《中国陶瓷史》时，显示出了科技在古陶瓷研究中的巨大作用。当时的编写组曾向中国社会科学院考古研究所、故宫博物院等全国23个单位征调343种古陶瓷样品，从中选出200多件有代表性的器物作为标本进行测试研究。

陶瓷科学工作者所进行的一系列科技研究使商代原始瓷器（即原始青瓷）、瓷器（汉代青瓷）、唐青花瓷的确立，进口钴料与国产钴料的区分，诸多窑口产品的理化特征和工艺特色等学术课题都得到了不同程度的解决。《中国陶瓷史》的编写在研究方法上摆脱了传统的仅从文献资料，或仅从某一个别方面进行研究的局限性，而是广泛地运用考古学、工艺学、化学、物理学、美学等各门学科的知识，并结合文献资料和实物标本进行综合研究。因而体现出中国古陶瓷学是一门综合性学科，特别重视利用自然科学的方法来解决重大的学术课题。《中国陶瓷史》的编写体现了中国古陶瓷的研究方向。

（元） 青花龙纹象耳瓶

近20年来，由于考古资料的大量发现，科学的飞跃发展，古陶瓷的科技研究日益受到人们的重视，许多高科技引入到古陶瓷研究，使一些重大学术课题取得了进展或得到了较为圆满的解决。下面试举三例。

经我国科学工作者近半个世纪的不断努力，中国古陶瓷胎、釉主量化学组成的数据库已初步建成。这是以上海硅酸盐研究所为主所做的一件极为重要的工作，为中国古陶瓷的深入研究创造了条件。到20世纪80年代初人们认识到建立古陶瓷胎、釉化学组成的微量元素数据库，对古陶瓷产地（窑口）的精确鉴定及其原料来源的研究都有着很重要的作用。为此，科技工作者收集诸窑口的陶瓷标本，通过核分析技术，用中子活化分析法(NAA)，测定其胎、釉中的微量元素。所谓微量元素是指那些胎、釉中含量在百万分之几的数量级(ppm)元素。这些微量元素都不受人工配方控制，对瓷器的质量和价值没有任何影响。微量元素有多种，且在不同地区的粘土中有各不相同的数值。这些数值，特别是其中指使元素的数值从一个角度反映了胎、釉的本质特征，也就是反映了瓷器原料产地的特征。如果把不同窑系、瓷种、生产年代的标本都依微量元素在胎（釉）中的含量及分布规律列出谱系，那么，用它来判断某件（片）瓷器时就有了客观依据。

由于我国古陶瓷窑口众多，年代久远，已做出的几百个标本数据离数据库的建成相距遥远，所以，古陶瓷中微量元素数据库的建立是一件浩大的工程。

哥窑瓷片标本

景德镇窑青花龙纹大盘标本

体现了大唐帝国繁荣与文明的唐三彩，曾远销到东北亚、东南亚、南亚、西亚和北非，并对日本、朝鲜、伊朗、伊拉克、埃及诸国的陶瓷发展产生了影响，进而出现了仿唐三彩的“新罗三彩” “奈良三彩” “波斯三彩”“萨马拉三彩” “埃及三彩”等。由于这些仿制品非常成功，以至真伪难于用肉眼识别，另由于人们对唐三彩的认识有些误解，因而某些西方学者提出了完全相反的意见，遂成为学术界长期争论的一个学术课题，一直悬而未决。1987年英国学者罗森(J.Rawson)、泰特(M.Tite)等人对此课题进行了研究。他们把从埃及福斯塔特（Fwstat，古开罗）、伊拉克萨马拉（Samarra，9世纪阿拉伯阿板斯王朝的首都）、斯里兰卡曼泰(Mantai)出土的4片视为中国产的三彩片和萨马拉出土的2片中国白瓷及萨马拉出土的认为是当地所产的2片三彩和3片青花陶共11片，在不列颠博物馆实验室利用能量色散X射线分光仪和扫描电子显微镜对各标本进行测试，得出了各标本的胎、釉化学组成。所测数据分成两组。一组是福斯塔特、萨马拉、曼泰出土的4片唐三彩与萨马拉出土的两片白瓷，另一组是萨马拉出土的两片三彩和三片青花陶。前者胎的特点为高铝（AL2O3达26.8～32.9%）、低钙(Ca仅为0.3～1.5%)、低铁（FeO仅为1.0～2.5%），后者胎的特点为低铝（Al2O3仅为12.1～13.1%）、高钙（CaO达20.9～24.2%）、高铁(FeO达6.6～7.1%)。两组的化学成分对比极为明显，而且前者与中国学者所测试的窑址标本数据极为相近。这样就把唐三彩和唐白瓷与萨马拉三彩和青花陶极为清楚地区别开来。进而，科学工作者还进一步采用迅速而非破损的方法，即用X射线荧光分析法从伊斯兰陶器中区分出中国陶瓷。通过X射线荧光光谱可以清楚地看到伊斯兰器胎的高钙、高铁峰非常明显，而中国器胎的低钙、中铁峰也十分显著，进而还可看到两者的硅峰高度是相近的。用这种迅速而非破损的方法来辨别文物的不同产地或真伪是较为理想的。

耀州窑瓷片标本

钧窑瓷器标本

通过上述办法，人们找到了区分中国瓷器与伊斯兰陶器的方法。但科学家们还想要把这一学术课题解决得更为理想，即还要找出输往伊斯兰之地的唐三彩和白瓷的大致产地。这样对前述的10片陶瓷（少1片萨马拉三彩）和4片从中国得到的陶瓷（即1片巩县三彩、1片巩县白瓷、1片西安三彩、1片扬州出土的伊斯兰釉陶片）进行了中子活化分析，测出了胎中23种次量和微量成分。又从其中找出13个能反映标本胎质特点的“指纹”元素。然后再用聚类分析统计技术把这些标本中有相似“指纹”的集中分组。这样同组的标本被视作用相同的陶土，在同一的生产中心制造的。

统计分析把这些标本分成四组，前三组(A、B、C组)均属中国，而5片伊斯兰陶片均分到了第四组（D组）。这又一次把中国瓷器与伊斯兰陶器明显地区分开来。在属于中国产品的三组中有些情况应做如下说明。属于A组的有福斯塔特、萨马拉、曼泰出土的唐三彩各1片。萨马拉出土的两片白瓷及中国带去的1片巩县窑白瓷和1片西安三彩。属于B组的仅有1片由中国带去的巩县窑三彩片。属于C组的仅有1片曼泰出土的唐三彩。从A组的情况来看，所包括的唐三彩与白瓷均应属于巩县窑所产。从传统的观点来看，萨马拉出土的白瓷被认为是邢窑或定窑产品，现在看来应是巩县窑或起码有一部分是巩县窑产品。至于A组的1片西安三彩和B组、C组的两片唐三彩所存在的区别做何种解释呢？由于前述中国古陶器中的微量元素数据库尚未建成，故对此尚未能做出圆满的说明。推测A组的1片西安三彩应来自巩县窑，B组的三彩亦应是巩县窑的产品，来自曼泰的1片唐三彩落入到C组，显然与A组的曼泰唐三彩有别，说明二者来自不同的窑口，但C组的产地不明。这有待于对更多的唐三彩及新发现的邢窑三彩标本进行中子活化分析，得出更多的数据才能最后解决。

根据这次测试，巩县窑的唐三彩与白瓷有相近的化学组成，相近的玻化程度，它们的烧成温度测试结果是在1100℃～1200℃之间，因而巩县唐三彩至少有一部分应属于瓷的范围。以前所测唐三彩的烧成温度是1050℃～1150℃，而巩县白瓷的烧成温度则是1260℃～1380℃。但根据二者胎的化学组成和玻化程度来看，巩县三彩和白瓷的烧成温度应是相近似的。故那种把唐三彩都看成为陶的观点似应得到修正。

最近西北大学化学系郎惠云等与日本学者三辻利一用X荧光分析法对唐三彩和奈良三彩进行测试。然后通过K/Ca、Rb/Sr两个化学因子来判别唐三彩和奈良三彩。因生产奈良三彩的窑址至今没有发现，这种判别更有其重要意义。这也是一种用非破损的分析来判别各种三彩的一种可行的方法。

以前有一种观点认为唐三彩仅作为冥器而流行于盛唐，因此不可能输往国外。但从上述的考察证实，唐三彩日用产品曾在中晚唐远销亚非诸国，并在各国产生了深远的影响，进而生产了奈良三彩、萨马拉三彩等。

唐代与元代是中国与伊斯兰世界贸易往来和文化交流的两次高潮时期。由于受到唐三彩的影响，也为了满足国外市场的需求，唐青花瓷应运而生。元代青花瓷大量地生产外销。明清数百年间青花瓷一直成为中国外销瓷的最主要品种。就元青花瓷而言，国内保存的较少，但造伪者较多且技术颇为精道，因而仅凭经验难以辨识。这样就必须用先进的科技方法以辨其真伪。

最近中国科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室、上海硅酸盐研究所、复旦大学现代物理研究所等对两件传世品青花云龙象耳瓶（分别高58.5和59.5厘米）进行了测试。现根据这些数据并结合上海硅酸盐研究所在20世纪70年代对两件元青花和三件元大都出土的青花测试数据、20世纪90年代对景德镇出土的两件元青花、1件元代蓝釉瓷片进行测试的数据和20世纪80年代初英国不列颠博物馆实验室对3件元青花所测试的数据作如下讨论：

一、高能物理研究所同步辐射实验室对元大都出土的两件青花瓷和两件传世品青花云龙象耳瓶，运用当前世界上最先进的仪器，用三种不同的核分析方法即X射线荧光分析法（XHF）、外束质子激发荧光(PLXE)分析法和同步辐射X荧光(SRXRF)分析法进行了测试，表明4件标本的青花部分和白釉部分都有极相似的化学组成，其特征有四：

龙泉窑瓷片标本

1．4件标本的白釉和青花两部分均有高钙低钾特征。这点与上海硅酸盐研究所、复旦大学、不列颠博物馆等单位所测试的元青花结果相似。

2．4件标本的青花部分均有低锰高铁特征，这点与上述诸单位所测试的元青花相同，均有清楚的文字表述，并大都明确指出元青花采用了进口钴料。

3．4件标本的青花部分均含有微量元素砷。复旦大学有相同的测试结果。上海硅酸盐研究所早在20世纪70年代已测试出了这一特征，并明确指出，“任选一元青花测其含As2O3量，亦发现含As2O3”。

4．A件元青花的白釉和青花部分都有很低的锌铁比。复旦大学的测试亦有相似的结果。

上述几家科研单位，采用了多种高科技方法对两只青花云龙象耳瓶及元大都出土的两件青花瓷进行了测试，同时参照以前对3件元大都出土的青花瓷、3件景德镇出土的元青花及其他元青花所作的测试，大都表明它们的青花部分及白釉有相似的化学组成，特征极为明显。这些证明了两只青花云龙象耳瓶为元代所产。

（唐） 三彩贵妇骑俑

二、复旦大学现代物理研究所用质子激发X荧光技术对两件传世品青花云龙象耳瓶所做的测试中，胎中含ALO3分别为26.77和23.49%，SiO2为63.24%和65.79%。而这些数据与20世纪70年代及20世纪90年代上海硅所和不列颠博物馆所测试元青花的数据有些出入，表现为两件大瓶胎的AL2O3含量较高，SiO2的含量较低。对此，复旦大学现代物理研究所的学者认为，“元代也有某些青花产品的瓷胎达到上述数值。由于目前元代早期大型青花器的实验数据太少，因而难以比较，这要待以后进一步研究分析”。他们提出对这两只青花瓶要从大型器来考虑问题是有道理的。大型器对制胎原料有特殊要求，即要求胎料有较高的可塑性和较高的生坯强度，还要提高耐火度，以防止器物在高温下发生坍塌或变形。对此就必须提高胎的Al2O3含量，也就是在胎料的瓷石与高岭土配方中要增加高岭土的比例。因“明清时代的景德镇陶工是把高岭土当作一种抗变形的原料掺进瓷胎的”。其实早在元代就已这样做了。这点可能就是青花云龙象耳瓶胎中Al2O3含量较高的原因。当然为了提高烧成温度以抗变形等也不排除个别小件器物胎中Al2O3的含量较高。最近复旦大学现代物理研究所又对景德镇出土的27件元青花和5件洪武青花瓷用前述的方法进行了测试，结果有5件元代青花标本胎中Al2O3含量接近甚至超过云龙象耳大瓶。其中龙纹砚盒盖胎中Al2O3含量高达28.69%，而SiO2则为62.74%。这些说明随着研究工作的深入，实验数据的增多，使一些问题得到更为圆满的解决。

总之，近50年来中国古陶瓷的科技研究取得了极为显著的成绩。其成果已应用到陶瓷史研究的各个方面。本文仅简述了其中一部分，但可以清楚地看到，它为古陶瓷研究开辟了广阔的新领域。今后古陶瓷学者与古陶瓷科技研究者之间的相互配合应进一步加强，以期取得更大的研究成果。