第四讲-古代机械工艺

加工能力,机械加工：物理形状改变石器玉器骨制品、家具等化学加工：物质改变火：熟食高温技术：陶瓷、冶金、玻璃生物加工：发酵酒、醋、茶、发酵奶,机械加工,玉器切割钻孔打磨雕琢抛光研究方法出土工具实物文献显微分析,钻孔工艺,锥钻,实心钻,管钻,造型、装饰、佩带,钻孔痕迹的显微分析,大孔小孔电镜超景深数码显微镜,Coppaetal.,2006,杨益民等，2008,硅胶翻模+电镜,钻孔工艺观察流程,显微镜观察CT扫描三维模型：剖面、负模、三维测量穿孔形状加工痕迹,水洞沟遗址采集鸵鸟蛋皮串珠钻孔工艺的显微CT分析,科学问题,旋转钻孔的起源时间？搓钻弓钻旧石器晚期现代人串珠显微CT钻孔痕迹穿孔形状,生产流程,王春雪等，2009,模拟实验,锥钻王春雪,锥钻特征,不圆不对称表面有波浪状起伏,模拟实验,双手搓钻南非土著,旋转运动钻孔特征,圆对称表面较光滑,单面钻,对钻,成品,单面钻：SDG12A：004,SDG12A：014,单面钻锥钻定位旋转钻,钻头的思考,北美洲印第安人蚌壳的钻孔工具Benjaminetal，2013,王春雪，2009,SDG12A：052,旋转两种钻头,SDG12A：030,旋转穿孔一侧有磨耗,对钻SDG12A：038,旋转锥钻,对钻：SDG12A：002,两面锥钻二次钻,成品：SDG12A：019,绳索磨圆？发掘时,结论,旋转钻孔中国最早的实例：至少两种形态的钻头智力进化的标志之一为新石器发达的玉文化奠定了基础,古代样品,薛家岗遗址出土玉器西周倗国滑石珠,13微米，上海同步辐射光源,3.971微米，中国工程物理研究院,安徽薛家岗遗址：新石器时代中期SR5,实心钻：石钻圆柱、粉笔1.89mm0.65mm实心钻圆锥,SR5,实心钻,SR4,实心钻管钻？,SR11,管钻？线切割：镂空,西周倗国滑石珠,倗国滑石珠,横切面,纵切面,倗国滑石珠,双手搓动,现代电钻,显微分析手段,光学显微镜电镜：负模模拟实验M.Sax等Douglas等邓聪等,表面纹饰刻划,新的显微分析手段,数码显微镜：景深扩展超景深：景深合成表面三维重建,数码显微镜,超景深凹凸差较大,表面三维重建,表面加工痕迹,电镜vs.超景深显微镜,电动琢磨,电动旋转工具,沟槽两侧与底部横断面多形成三角形,旋转工具刻痕的纵切面,超声波套模,玉粉压制,明末的天工开物中记载，“凡玉初剖时，冶铁为圆盘，以盆水盛沙，足踏圆盘使转，添沙剖玉，逐忽划断”清代光绪时期的玉作图说，记载较为详细，是玉器加工流程的连环画。,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.1研究背景,玉作图说,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,玉作图说“上花图说”中这样记载，“按玉作上花，具皆用小圆钢盘，盘边甚薄，似刀，名之曰丁子，全形似圆帽丁子，故名之。或用小钢碢名为轧碢。此等具可以随意改作，大小以方便适用为度。凡玉器无论大小方圆，外面应有花样者皆用此等具磨冲以上花”,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,玉作图说“开玉图说”这样记载，“器用聚钢条及浸水黑石沙，凡玉体极重即宜用此图内所画之式以开之”“冲碢图说”这样记载，“碢用四五分或二三分厚钢圈，圈内横以厚竹板，再以紫胶接在木轴头上，用浸水净红砂以冲削其方条玉之棱角，故名冲碢”“透花图说”这样记载，“凡玉片宜作透花者，则先以钢钻将玉片钻透圆孔后以弯弓并钢丝一条，用时则解钢丝一头，随将丝头穿过玉孔，复将结好丝头子弓头上，然后用浸水沙顺花样以搜之，如木作弯锯搜花一样”,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.1研究背景,主流观点：玉石硬度很高，砣具雕刻时需要使用解玉砂作为研磨料古代文献：砣具雕刻玉石，并未提及需要使用解玉砂模拟实验：目前没有相关的研究,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.1研究背景,加工对象：岫岩玉（硬度为5-5.5）砣具：铁砣（硬度为4）、钢砣（硬度为7）、金刚砂锯片旋转动力：现代电动工具，转速约1200转/分钟解玉砂：200m粒径的氧化铝粉末,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.2实验材料和方法,a：金刚砂锯片b：铁砣c：钢砣d：打磨工具e：岫岩玉,观察方法：数码显微镜VHX-600（KEYENCE，Japan）对雕刻而成的线条，进行显微分析。,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.2实验材料和方法,砣具雕刻时不使用解玉砂的可行性铁砣、钢砣和金刚砂锯片均可以在不加入解玉砂的情况下，雕刻出直线和曲线，但三者在工作效率上有所差别。砣在对玉石加工作用时，与其说是“刻”的过程，不如说是“磨”的过程。,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,砣具雕刻时使用解玉砂的可行性铁砣配合研磨料对玉石表面进行雕刻，其操作难度极大。研磨料在旋转的铁砣下，无法停留在玉器表面，会随着铁砣的旋转而不断飞溅，若要使一定量的研磨料停留在玉石表面，则只能增加研磨料的数量。但研磨料的数量增加之后，这些研磨料会堆积在玉石表面，使雕刻者无法观察到雕刻的线条。,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,观察结果金刚砂锯片,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,观察结果金刚砂锯片,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,观察结果铁砣无研磨料,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,铁砣直线,铁砣曲线整体,铁砣曲线局部放大体,观察结果铁砣使用研磨料,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,铁砣直线,观察结果钢砣无研磨料,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,钢砣直线,钢砣曲线整体,钢砣曲线局部放大体,观察结果锯片刃部,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.3结果与讨论,金刚砂锯片,铁砣,钢砣,硬度低于玉石硬度的金属材料，做成砣具，只要配合清水，即可在玉石上进行雕刻从雕刻线条的加工痕迹看，有可能判断砣具雕刻时是否添加解玉砂。但用砣具雕刻时使用解玉砂，这种做法操作难度较大，尤其在雕刻流畅的曲线时。结合模拟实验和古代文献分析，我们认为古人使用砣具雕刻表面线条时，很可能不使用解玉砂。如果雕刻线条的内部存在纵向分布的、细小且相互平行的划痕时，那么该线条肯定是由金刚砂锯片雕刻而成的，这可为现代仿古玉器的鉴伪提供一个依据。,第二章、砣具雕刻玉器时使用解玉砂的可行性分析,2.4结论,新石器时代良渚文化的遗址中出土有大量精美的玉器良渚文化玉器细如毛发的阴刻线，其加工工具及加工方法总结前人在研究，大致有一下几种观点：传统的细石器，燧石质的尖状器及雕刻器等利用石英、玛瑙等硬度达到摩氏硬度7度或者7度以上的材质，制成刻刀，是可以对玉器进行纹饰的加工。用鲨鱼牙雕刻而成的。良渚文化遗址中出土的尖状石器，可能是用于玉器的雕刻。,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.1研究背景,雕刻对象：岫岩玉雕刻工具：玛瑙、燧石、鲨鱼牙雕刻方式：手持三种材质，用尖刃部位在岫岩玉的表面进行雕刻。观察方式：利用数码显微镜VHX-600（KEYENCE，Japan）对雕刻而成的线条，进行显微分析。,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.2实验材料和方法,玛瑙、鲨鱼牙、燧石三种材料的硬度都在岫岩玉之上，所以都可以在其表面雕刻出痕迹。,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,观察结果玛瑙雕刻,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,观察结果燧石雕刻,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,观察结果鲨鱼牙雕刻,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,观察结果,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,鲨鱼牙的刃部,观察结果玛瑙雕刻,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,三维重建分析玛瑙刻痕,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,三维重建分析燧石刻痕,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,线条末端的纵剖面线，总体呈现直线，略带有起伏,线条的横剖面呈现一个较浅的下凹的弧线,三维重建分析鲨鱼牙刻痕,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.3结果与讨论,模拟实验的结果来看，虽然鲨鱼牙可以用于雕刻；但是在雕刻的过程中，鲨鱼牙刃部的锯齿状釉质磨损非常快，导致鲨鱼牙不再适于雕刻。鲨鱼牙并不适合作为雕刻玉器的工具，因为其磨损很快，除非有大量的鲨鱼牙可以供应。玛瑙和燧石这两种材料，做成尖状器，由于其硬度本身就高于玉石的硬度，可以轻松地在玉石上产生刻痕，而且这两种材质的尖状器，在雕刻过程中也不存在明显的损耗，作为工具，可以长时间的使用。并且从模拟实验的结果来看，完全可以刻出宽度在0.5mm以下的线条，已达到细如毛发的程度，同良渚玉器上那些细如毛发的线条类似。玛瑙、燧石、鲨鱼牙三种材料作为雕刻工具，其雕刻的痕迹从横纵截面上来看，并无区别，无法将三者区分。,第三章、鲨鱼牙用于雕刻玉器的可行性分析,3.4结论,Microscopicphotographof269-91-H3,Thesyntheticmicroscopicphotographofthestrokesbeginningandend,选取了3件玉器进行分析,a为样品2001HDM54：325；b为样品2001HDM54：341；c为样品2001HDM54：351,玉器微痕分析,M54：325,线条较宽且刻划叫柔顺，可能采用铊具进行线条加工。此外，运用了钻孔工具进行钻孔制造眼饰。,M54：341,线条都较为粗糙。似由解玉刀刻划而成。,M54：351,直线特点两端尖；中间深。横截面呈浅U字型。线条特点异于它处粗糙的线条。线条痕迹类似铊具痕迹。,M54：351