中国史前时期主要材料的热处理

中国史前时期主要材料的热处理

文明始于工具的生产，人类生活的水平在很大程度上取决于他们使用的工具和材料。早期人类的加工,经常借用热力。换句话说,就是利用热处理的方法。新石器时代开始,人类用火将黏土烧制成陶器。青铜时代以后,人们用火来处理矿石以获得大量的青铜制品。铁器时代以后,热处理的应用更为广泛。尽管现在已进入高技术新材料时代,仍然可以毫不夸张地说,热处理直接推动了材料及其器件的发展和进步。除了旧石器时代,热处理在人类发展的各阶段都起到了推动作用。旧石器时代是以打击加工石器为主要特征的。那么,旧石器时代人类究竟有没有采用过热处理,热处理究竟如何为原始人类加工工具服务,还有究竟最早的热处理出现在何时,这些问题对大多数的热处理工作者来说,都不甚清楚。中国是古人类生产活动较为活跃的地区,也是人类较早用火的地区。那么旧石器时代中国是否出现热处理,这些热处理是否促进中国新石器时代的发展,这些都是十分令人感兴趣的问题。然而,查阅了国际上金属和陶瓷等数据库,均未发现有详细阐述这一时期热处理的文献。为了弄清这些问题,本文通过大量阅读对人类早期器物的考古成果,通过整理、归纳和分析,最终获得了尽管很粗浅,但却饶有意思的结果。希望通过本文的粗步分析,能激发人们对旧石器时代热处理的关注,加强对热处理作用的深入认识。研究古代热处理,也为高技术新材料的制备和加工提供可以借鉴的方法和思路。1中世纪中国古代考古研究的特点旧石器时代从距今约250万年前开始到距今1万年左右,对其一般采用三分法,即早期、中期和晚期。中国的旧石器文化的时间和空间分布很广泛,已发现的来自旧石器各阶段的人类化石的地点有200处以上,拥有大量的动物化石和旧石器时代遗物。旧石器时代早期还可以分为早段、中段和后段。属于旧石器时代早期早段的地点有山西省南部的西侯度文化遗址、云南省北部的元谋人遗址、重庆巫山人、安徽人字洞、河北省北部的小长梁、东谷坨旧石器等。其中,西侯度的年代较早,经古地磁断代初步测定,不晚于距今180万年,属于旧石器时代早期中、后段的地点有北京人、蓝田人、匼河、大荔人和许家窑等遗址。北京人是国际上最著名的旧石器时代遗址。根据多种同位素方法和古地磁法测定的结果,北京人文化延续的时间为距今70万~20万年。旧石器时代中期有丁村遗址、大荔人和许家窑等遗址,丁村文化是这一时期文化的代表。旧石器时代晚期,文化的分布范围进一步扩大,华北地区的旧石器地点几乎遍布黄土高原,蒙古高原和华北平原也有如萨拉乌苏、刘家岔、禹门口、小南海、峙峪,鸽子洞、西八间房、小孤山、昂昂溪等地点;中原、西部和南部地区,有大量的遗址被发现,如下川、富林、铜梁、猫猫洞、百色盆地、元谋-宜良(路南)等,特别是在台湾省发现了这个时期的人类化石和文化遗物。由于有着幅员辽阔的国土和丰富的早期人类化石及文化遗物,使中国日益成为世界上研究人类起源、进化及远古文化发展的重要地区之一。中国的旧石器时代考古,已初步建立起比较完整的体系。拥有这些丰富的考古成果使我们有条件对旧石器时代材料热处理进行专题分析。当然,由于这一研究课题属交叉学科领域,要得出很肯定的结论还有赖于考古学界的配合。2量材料的加工制作旧石器时代的人类最主要的工具之一有木棒。如《商君书·画策》云:“昔者昊英之世,以伐木杀兽,人民少而木、兽多”。这时期的人们经常用木棒,并将木和竹等有机物制成尖状的工具,如木矛、标枪和弓箭等。由于竹、木等有机物很难保留到今天,在中国地区的旧石器遗址的考古中,尚未见有关报导。实际上在全世界范围内发掘的这类文物也不多。但是,在旧石器文化遗物中有很多的刮削石器,特别是月牙状的刮削石器,很明显这主要是用以加工木棒的。另外,在很多遗址中都出土了尖状石器,有些小型的尖状石器主要是用作为标枪和弓箭的石簇。石制品是旧石器时代的象征。中国旧石器时代早期早段的文化中年代较早的是西侯度文化,有刮削器、砍斫器和尖状器。在这个阶段末期的东谷坨和小长梁,石器包括好几种类型的刮削器、尖状器和钻具等,加工技术已经达到较高的水平。旧石器时代早期的中、后阶段,发现的材料很丰富,北京人遗址出土了很多器形都比较稳定的石器,如三棱大尖状器、手斧、石球和好几种刮削器和尖状器。在以小型石器为特征的周口店和峙峪、大荔、许家窑等遗址都发掘出很多的刮削器、尖状器、雕刻器和砍斫器。在旧石器时代中期和晚期,中国旧石器文化空前繁荣,出现了典型的细石器工艺及石器工艺的多样化,其中狭长的石叶制作的工具占了很大的比例。这种石叶是在石片上进行凿削和压削等第二次加工制成的,使用这种技术可以制造各式各样的工具和武器,如切割器、刮削器、端刮器、雕刻器、石矛、石刀等,磨制石器的方法也在这时出现了。所以在这一时期的许多遗址中出土了众多的刮削器、尖状器、雕刻器、锥、锯等,个别遗址中还出现了箭头。角是旧石器时代的重要材料之一。特别是长形的角,如鹿角,可以作武器和工具。尖形的角,如牛、羊角,可以作为武器,比木器更硬、更耐久。角材也类似于木材不易保存,所以在早期的遗址中发掘得较少。为了利用这些角材,古人类要对其进行加工,所以在发掘出的角器通常可见加工的痕迹。距今约180万年的西侯度文化遗址,1959年发现大批古脊椎动物化石、32件石制品,其中有切割刮削痕迹的鹿角和被火烧过的骨、角、牙等。其中两件具有人工痕迹的鹿角,一件表面有用锐利器物割切或砍斫出来的“V”形沟槽,另一件表面有很清楚的刮痕,表明当时的人类可能已经会制作骨角器了。周口店遗址中也发现了经加工制作痕迹的鹿角。在旧石器中、晚期,角器出土的更多了,如在贵州穿洞和猫猫洞都发现了角铲,它们多为鹿角干或枝叉制成。穿洞的角铲是用鹿角基部制成,长度65mm,刃宽为60mm,为两面平齐匀称的刃口。骨也是旧石器时代的一种常见材料,器物有骨铲、骨椎和骨刀等。旧石器时代的骨铲由大块肢骨弄破成骨片制成,通常是先在端部刮削开出刃口,加以磨制成刃。在旧石器时代还发掘出其它骨材制品,包括牙制品和鱼骨制品,如小孤山、山顶洞、四川资阳、水洞沟、猫猫洞和穿洞等遗址出土的骨针、鱼叉、骨锥、骨刀等,它们是采用一套不同于制作石器的工艺精心制作的。在王府井东方广场遗址也出土了丰富的骨制品。骨制品可分为骨核、人工骨块、骨片、骨屑和骨器五大类,其中骨片约占骨制品总数一半,骨器包括刮削器、尖头器、雕刻器和骨铲四类。3热加工材料的研究旧石器时代的材料热处理必然涉及到古人类的用火。中国古人类的用火遗迹一直在世界范围内倍受关注。表1统计了所发现的旧石器时代有关的30处用火遗迹,其中还有一些遗迹是否真正属于人类用火遗迹存在争议。可以看出我国有很丰富的考古资源,我国的考古工作者曾经对当时使用的材料有否用火加工做了分析,这些资源为旧石器时代的材料热处理进一步分析提供了很好的借鉴。从我国的考古资料上可以看出,中国古人类在采用角质材料方面有很长的历史。早在180万年前的西侯度人就懂得加工鹿角,该遗址发掘的鹿角化石长80cm,在靠近角节主枝的后外侧,有一个用人工砍切出来深5cm的沟槽,其横断面呈“V”型。这在全球的同类物品中,是属于较先进的。在许多遗址中都发现了烧角,其中引起国际注意的是发现了北京人加工鹿角的痕迹,如许多鹿头骨只保留一个头盖,上面有清楚的打击痕迹。如果结合使用的过火的角器,如一段头部烧焦的鹿角,说明北京人是经常将鹿角砍下作为工具,并可能进而用火来加工鹿角。文献提出了北京人已掌握先用火烧使鹿角局部变软后容易截断的方法。鹿角通过加热不仅利于切削、塑形,而且可以硬化。这使得古人类较容易发现热处理可以被利用。所以,应该说北京人用加热方法加工鹿角是国际上发现的人类第一例的热处理,可以说这是人类技术史上的一个重要进步。中国古人类对骨质材料用火进行加工的遗迹也有过许多报导。在贵州穿洞发掘出有大量石器、骨器和角器。其中骨铲长度为70~140mm,宽度为20~40mm,是由大块肢骨剔出的骨片制成,其端部经刮削、磨制,成利刃。长度为40~120mm,宽度为10-14mm的骨椎的经加工端部也很尖锐。值得注意的是这些骨器的端部有用火烧过的痕迹。发现者认为这是古人类为了改变骨材的性质而采用的火烧加工。在三亚发现的旧石器时代遗迹中,也有被火烧加工过的骨器。通过加热,骨质材料中的生物质和骨疏质会挥发和炭化,可以提高骨刀的硬度。在旧石器时代,古人类用的粗制石器,显然大部分是人工加工制成的。可以想象在石器的制作过程中,原始人如果采用了热处理加工的方法,即采用火烧甚至火烧加水淬的办法进行石器的初加工,则可以明显省时省力。在中国古人类的用火遗迹上有很多的烧石遗存,这些过火的石块中是否有为打击石器而准备的坯料,还有待进一步的分析。当然,古人类是否采用了这一方法还需要考古学界的详细分析,包括石器表面纹理的分析和石器表层和内层组织的分析。通过热处理加工的方法可以分解石块,这也可以在开凿岩石时使用。2005年9月,辽宁省文物考古研究所发布了对5000年前的牛河梁遗址的考古结果,在这些遗址中考古人员发现了大量的红烧土面。根据专家推测,古人为了开凿花岗岩,想出的办法就是火水并用,先是火烧岩石,使岩石膨胀,然后再浇冷水,在这样的冷热作用下,坚硬的岩石也就破裂,变得容易开凿了。红烧土面被考古人员认为可能是岩石经火烧风化的产物。如果证实,那么可以说这是古人类在得知采用火烧可以弱化岩石的基础上所发明的热处理方法。值得注意的是在中国古人类的用火遗迹上尚未找到木器遗存。关于古人类以木器作为工具是毋庸置疑的。那么热处理有可能被用在木质材料的加工上吗?木质材料的缺陷主要是硬度较低。木质材料在热的作用下,会产生热分解反应,温度越高分解速度越快。当加热温度超过220℃以上未达到燃点时,木材中释放出大量的可燃性气体,这些易燃气体挥发以后,木质就得以硬化。原始人类采用木棒拨火时有可能发现不完全燃烧的木质材料会变硬,进而自然会用火烧来处理木质物品使其硬化。国外的考古学家认为古人有意地烧烤木棒和木矛,使其坚硬,并认为是人类用火技艺的提高。因为在英国克拉克当旧石器时期的遗址中曾经发现一件木矛,其尖部曾经火烧处理变得坚硬,非洲也有少数类似的木器被发现。遗憾的是我国还没有找到热处理已被应用在木质材料加工的实例。4材料热处理的应用中国古人类旧石器时代的用火遗迹一直在世界范围内倍受关注。本文分析了有关的30多处用火遗迹,可以看出我国旧石器时代所用的主要材料有石质材料、骨质材料、角质材料和木质材料。这些材料在加热后性能的改变为人类采用热处理提供了可能性。早在70万年前,中国古人类在旧石器早期的鹿角加工上就采用了热处理,这是人类历史上的一项重大进步。旧石器中、晚期,古人将热处理更多地用在骨质材料加工上。在古人类文化遗迹中有大量的烧石,