古钱币铸制技术中金属模及金属范的发展概略

古钱币铸制技术中金属模及金属范的发展概略摘要：本文通过对各种钱币铸造技术的研究，论述了古代钱币的制模技术、串铸技术及叠铸技术等古代钱币铸造工艺技术发展的脉络；通过采用范铸法铸钱实验后提出，含铅量在30%以上的高铅青铜钱，不适应于陶范法铸造工艺，需采用金属范直接浇铸工艺或者砂型铸造工艺，才能顺利地进行铸造。在原始社会里，为了实现商品交换，商代的先民曾经以贝壳作为货币在市场上进行流通使用。由于货币需长期大量地使用，因贝币有一定的脆性，在使用过程中，容易出现破埙。西周的商品等价交换，只是在民间进行。西周时期，士大夫以上的权贵们由于抑商的政治观点而不通财货，他们的亲属不贾于道，因此，在一定的历史时期内，制约了钱币铸制技术的发展。春秋战国以后，各诸侯国为了加强国力，都相继开始重视商业的发展。如楚国的鄂君启，曾得到了楚王的特许，铸制了有名的错金鄂君启节，并亲自率舟车商队远贩货物。随着战国时代各国重视商业的发展，随着青铜范铸技术不断地提高，各大诸侯国开始铸造自己的青铜钱币。如刀币、布币、铲币等，楚国曾铸造过铲币、铜贝(俗称蚁鼻钱)等，战国以后，贝壳式的货币逐渐被青铜货币所替代，各种称量货币开始在市场上流通使用。最早的钱币大概是用青铜铸成的块状，使用时根据所交换的货值，兑换相应的青铜块，用以达到等价交换。自七十年代以来，在古吴国地区出土铜块数十次，年代为西周至春秋，大都出于土墩墓或少量窖藏，一般均贮放在陶罐内。这些青铜块是由青铜饼击碎而成，轻者十几克，重者上千克，有的青铜块还保留有青铜饼表面的光滑及青铜饼底部的气孔和凹坑【1】。后来出现了价值高的黄金块，如楚国的郢爰等称量货币，在进行商品交易时是用天平称量其质量，从而确认其价值。随着商品市场的成熟，因青铜饼币及称量货币在交易中有诸多不便，逐渐发展成为几何形态较规范的各种钱币了。各诸侯国开始大规模铸钱时，普遍采用的是模范法技术，这大概无所异议。所谓模范法，是指先作出陶质钱模，在钱模上制出钱泥范；泥范经阴干、焙烧成陶质范，然后熔炼合金、合范浇铸成钱坯；稍经加工，磨掉毛刺及水口痕迹，就可以投入市场流通使用了。需要讨论的是，汉代以前铸钱所采用的范铸法技术，与现代的常规砂型铸造的不同之处除耐火材料不同外，模具的设计也不相同；如果采用现代常规砂型铸造工艺铸造古代钱币，其模具一般都会作成正、反两个面，分别在正、反两个模面上造型，然后对合起来进行浇铸，而汉代以前的范铸法铸钱却非如此。根据对各地出土汉代以前的钱模及钱范上留下的榫、卯(或者称之为子母扣)的研究后得知，其制泥范所使用的模具，都只有一个面。图1为汉代以前的串铸钱模原理示意图。图中正中间为水口，在四角的四个榫卯中，左边两个为榫，右边两个为卯；以水口为中心线，两边的榫与卯都与水口中心垂直并等距离；水口两边每一枚钱的中心点也都会与水口对面同位值钱的中心点等距离。左边的钱全部没有铭文，而右边则全部有“大泉五十”铭。毫无疑问，从逻辑上讲，如果在这一个钱模上无论夯制出多少泥范来，其泥范中的钱币都是一面有铭而另一面无铭；关于这种设计方式，对于没有从事过铸造的人，特别是对于没有研究过古代范铸技术的人而言，似乎难以理解。其实从范面的设计中我们应当看到，当将任意两块泥范的范面对合起来时我们就会发现，凡有铭文的钱全部与无铭的钱对合；凡无铭的钱，又会全部与有铭的钱对合；榫正好与卯对合，而卯也正好与榫对合；也只有在这样对合的前提下，才可能铸出与出土的钱那样一面有铭一面无铭的钱币来。为了在此工艺基础上提高工效，人们制模时在模面上采取一模多腔，即尽量在一个模面上多设置钱的数量，一个模面上可作出几十枚甚至上百枚钱，以此来提高工效。笔者曾在咸阳市博物馆的展柜中看到两块石质钱范，每块范上约有百枚钱；因钱在范上是被一行行串起来的，因此，我们将这种铸钱工艺称之为“串铸”。但是，如果在一个模面上欲安置更多的钱，势必需要增大范面的面积，这会造成泥范在阴干、焙烧的过程中，变形、裂缝的概率也随之增大，从而造成陶范大量废品率的增高。因此，“串铸”钱的泥范体积是有限的，不可能无限大。在一定程度上，这一矛盾最大限度地制约了钱币铸造生产力的解放。“串铸”钱范造型时，是在陶模上进行。其工艺过程是将木框套放在陶模上，将配制好了的湿泥料填入木框中夯实后成为泥范。由于模具是烧制过的陶质，有较好的吸水率，在湿泥料被夯制成为泥范的过程中，泥范表面的水份会被陶质模具吸去一大部分而使得泥范表面形成一层较有湿强度的范面。但是，如果连续操作，会由于陶模表面的水份暂时饱和而不能够继续使用；如果连续使用，夯制的泥范就会被牢牢地粘死在陶模上脱不下来。这就要求一个铸钱的作坊里需要制作出较多的钱模。但钱模的数量再多，还是有不容易解决的两个难题，其一，模具作得数量越多，就越不容易规范钱形，其二，因铸钱的制范量特别大，使得陶模表面很快会模糊不清而报废需再作新模。基于这些问题，在长期的铸钱生产过程中，人们逐渐发明了金属模制范工艺。战国时代，是中国古代科学技术高速发展的时代；为了有效地提高青铜范铸业的生产效率，随着青铜生产工具在农业生产中的应用日趋普及，其青铜农具的需求量日渐增大，人们逐渐发明了叠铸技术用于大量铸造生产工具。青铜范铸技术中的这种叠铸技术，很快地被应用于铸钱工艺中。图2【2】为一枚青铜质的“大泉五十”钱模，中间的柱子即是进水口，四个边的正中心各具榫卯；如一边为榫，对面的边就为卯；用这个模夯制出的钱范，可以一层层的叠起来浇注，采用这种方式浇注被称之为“叠铸”，其使用的范，被称之为“叠铸范”。古代制范是用泥料夯制而成，经阴干焙烧成陶质范后才能供浇铸；在自然阴干过程中，由于泥范体内的水份向外迁移时会产生内应力，应力会迫使泥范变形或裂缝，一但发生范体变形，泥范即成为废品而不能再供浇铸用。对于泥范的阴干过程而言，泥范的体积越小，其变形的概率也越小。叠铸范的体积普遍小于串铸范10倍左右，夯范速度快，在阴干过程中又是数十层叠压着，这使得叠铸范在阴干过程中的变形率几乎为零，相对“串铸”钱范而言，大大地提高了工作效率，因此，采用叠铸技术铸钱一度成为战国至汉代这一历史时期内铸钱的主要工艺技术，被各诸侯国的铸造匠师所采用。对于传统的陶范法铸造工艺而言，一般用于青铜礼器的最多。制造青铜礼器的数量有限，如铸制鼎、簋等器物时，一般只铸一件，有的铸二、三件，但最多不会超过九件；这个数量对于一个陶模而言，其使用的次数并不算太多。而对于需要长期大批量铸造的钱币而言，陶质的模具就显得不耐用了。图3为王莽时期的“大布黄千”铲币“叠铸”铜模，现藏安徽省桐城市博物馆【3】；图4为另一种“大泉五十”钱的叠铸金属模，现藏陕西省博物馆【4】，从模上可以看到，两模的制模方法不一样。一般钱模上钱体的分型大多是从钱外缘的中心分型，在两块对合的范腔中，每枚钱的厚度各占其厚度的整整一半，当两块范对合后才会形成一枚钱的整体厚度。从图4“大泉五十”钱模及图5的铲币金属模都可以看到，水口两边的钱的厚度相等，这说明，水口两边的钱各占厚度的一半，当两块相同的范对合起来后，就会形成一个完整的厚度。而从“大布黄千”模上可以看到，右边是一枚具备整体厚度的钱，左边却只是一枚“大布黄千”铲币的空框，因左边没有钱的厚度而无法开设水口，因此，水口只开设在有整钱厚度的右边。古代的钱币除铭文及边缘外，其厚度一般都在1mm左右；制作模具时，一般从外缘的正中心分形时，设置在模面上的钱币厚度就只剩下0.5mm了，这给制模工艺增加了技术上的难度。“大布黄千”模上一边设置整钱厚度，另一边只作出钱的空框，这种制模方法比一半厚度钱的模具简单易行，减少了制模的难度。叠铸范的模具设计较科学，只作一片模，模面上的钱一般为两正两背或四正四背，在这种模上夯制出的范，具有良好的互换性。从以上两个金属钱模中，可以清楚地看到都具有与中心等距离对称的榫卯，当几何形状全完一样的两块范面对面的扣合时，就会形成榫对着卯、卯对着榫；有铭的钱对着无铭的钱、无铭的钱又会对着有铭的钱的实际效果。“串铸”钱范在浇铸时，只能两块范合起来浇注，而“叠铸范”在浇铸时，一次可叠压二、三十层；“叠铸范”在铸钱工艺中的应用，大大地超过了串铸钱范的工效。因此，“叠铸”工艺在汉代的铸造业中被广泛地应用。以上所述铸钱工艺，是指采用金属模制泥范，浇铸时青铜液还是浇入到从金属模上制出的陶范内，待凝固后成为钱坯的，并非将青铜液直接浇入到金属模上。金属模具与陶质模具在制范使用过程中有两个明显的区别，其一、陶质模具表面的光洁度不耐久，估计一套新陶质模具使用过数十次以后，其模表面钱的形象就会越来越模糊；其二，由于陶质模具具有几乎百分之百的吸水率，在制范的过程中，经常需要停下来烘烤陶模，只有在将陶模表面已经包和了的自由水烘干的前提下，才能够正常进行夯制泥范，否则，夯制好了的泥范，就会被粘死在陶模表面而脱不下来。对于陶质模具所具有的这两大缺点，是无法从根本上得到解决的。金属钱模从根本上解决了陶质模具的两大缺点。金属钱模的表面硬度值远远大于陶质钱模，可以长期使用，即使使用数十万次，其表面也不会模糊；由于金属模具不存在吸水率问题，只要在每次制泥范前涂一层脱模济（如烟灰），就可以保证不停地有泥范被夯制出来；又由于金属钱模的体积都较小，在其上夯制出泥范的体积亦小，相对“串铸”用的大体积泥范而言，不容易变形。因此，在古代铸钱工艺中，金属模工艺取代陶质钱模工艺，是中国古代科学技术进步所带来的反应。1996年10月20日，中国钱币学会周卫荣先生来鄂州市博物馆考查青铜范铸工艺，按照周卫荣先生的要求，采用范铸法试铸了古代钱币。我们采用环氧树脂作了一套明代“崇宁通宝”钱模，此钱的直径3.45cm，在模上夯制出泥范后经阴干、焙烧成为陶质范后进行浇铸；熔炼青铜合金时，周先生采用了战国时代楚国大批铸制的蚁鼻钱的化学成分，其合金组成为：Cu-Sn-Pb三元合金，其中Cu55%、Sn5%、Pb40%；按照这个合金配比熔炼好合金后，进行了浇铸；按常规浇铸而言，当铜液注满范腔后，铜液一般都会在5分钟之内结晶、凝固成为固体，而这一次为铸钱配制的合金却在5分钟之内不能凝固，因此，当我们第一次按照一般浇铸铜镜的凝固时间打开钱范时，还没有凝固的青铜液立即从范腔中流淌了出来。第二次用相同的合金浇铸满钱范15分钟后，当我们打开钱范时，与前一次的结果基本相同；第三次用相同的合金浇铸满钱范30分钟后，我们打开钱范时，可以看到钱坯已经凝固了，因为钱坯尚有一定的热量，用手还不能模，因此我们用一个筷子般的小棍子想将钱坯从范腔中取出来，当小棍子刚压到钱坯上时，由于钱坯只是表面结晶，径间还处于液态，因此，铜液又被挤压出来了。最后一次浇注满范腔后，我们等了约50分钟，打开范腔时钱坯才凝固。平时我们浇铸一枚直径150cm、镜心最薄处的厚度为5cm左右的镜坯时，当铜液充满范腔后，一般都会在5分钟以内凝固，这时打开范腔后，可以完整地将镜坯取出；而直径仅3.45cm、厚度不足1.5mm的“崇宁通宝”钱，在合金注入范腔后，却需要近1个小时的时间才能凝固，究其原因，陶范本具有保温性，再者其合金中的铅含量过高亦是一个主要原因。铜的熔点为1084.5℃，锡的熔点为232℃，铅的熔点为327℃，当三种元素熔化成为合金以后，铅与锡形成了低熔点的固溶体【5】；这种低熔点的固溶体的多少，就取决于合金中铅含量的多少；铅含量越大，其合金在浇注后的结晶过程就越长。一般中、小型铸件的含铅量如果不超过10％，那么在浇注以后的10分钟内都会彻底凝固；但其含铅量如果达到了20％左右时，其合金在浇注后的结晶过程就会明显地整倍延长时间；我们在这次采用古代范铸技术铸钱的试验中，对于合金的选用，我们采用了楚国曾大量铸制的蚁鼻钱的化学成分，根据多家科研单位对多枚蚁鼻钱作的化学成分分析得知，其合金中的铅含量从30％至70％都有，我们采取了中间值，在合金中配制了40％的铅含量，当将熔炼好了的高铅青铜合金浇注致范腔以后，就明确地显示出，其合金在陶范中凝固的时间过长。蚁鼻钱在战国时代是大量使用的货币，其铸造数量也应是很大的，这需要有快速制造的工艺技术；如果那些含铅量仅40％的高铅青铜浇注到陶