商周時代是中國的青銅時代，當時鑄造的大批精美的青銅器，是中國古代先民對世界文明的傑出貢獻。它們的出土，不僅再現瞭古代中國青銅時代的風貌，而且展示瞭古代工匠在青銅冶鑄技術方面所達到的高度水準。商周青銅冶煉和鑄造工藝的研究，對揭示當時社會生產的發展水準具有重要的意義。
很長一個時期以來，研究冶金史的學者多偏重於對青銅鑄造工藝的考察。中華人民共和國成立後的30多年，隨著鑄造作坊、尤其是採礦和冶煉遺址的發現和發掘，研究手段的改進進，模擬實驗的進行，為深入探索這個課題提供瞭豐富的資料，並填補瞭冶金史研究中的一些空白。
采冶遺址的發現 商周青銅的成分主要是銅與錫，銅與鉛或銅與鉛、錫的合金，一般稱為錫青銅、鉛青銅或鉛錫青銅。銅器所含的微量元素的測定表明，各地鑄造銅器的原料多取自附近的含銅礦脈，如鎮江附近商周墓葬和窖藏出土的銅塊含有較大比重的鉛和微量的銻，就與中原青銅器的銅料不含銻及含鉛量低明顯不同。湖北大冶銅綠山、湖南麻陽九曲灣、內蒙古林西大井等地都發現瞭采礦與冶煉遺址，大多為東周時期遺存，但銅綠山古礦冶遺址的上限可到西周，下限則可延至漢代以後。這幾個地點都發現瞭古人采掘時開拓的豎井、平巷、采礦工具、提升與排水用具及銅礦石。銅綠山古銅礦的采掘工作是在大理巖與火成巖之間的破碎帶中進行的，采掘時開拓的成組井巷中架設瞭相當完整的木質框架支護，深距地表四、五十米。（見彩圖）另兩個地點則利用巖石的裂縫沿礦脈進行采掘，不用或很少使用木質支護。在跨度大的采空區內，則保留“工”字形礦柱為支護。麻陽九曲灣有一條巷道斜長140米，垂直深度約80米。有的是采用露天開采。在銅綠山和大井，礦井附近都有冶煉遺址，說明采掘的銅礦石就在采場附近冶煉。
湖北大冶銅綠山東周古礦井遺址
銅綠山發現的10座煉銅豎爐都用土夯築而成，可分爐基、爐缸和爐身3個部分。爐缸的截面多為長方形，設有金門。大井發現的12座煉銅爐有兩種不同的形制：一種煉爐的截面呈橢圓形或馬蹄形，直徑0.8～1.2米，金門作拱形，朝西北方向，高0.2米，寬0.1米；另一種則被稱為多孔串窯式（有許多圓孔和彎曲的孔道），直徑1.5～2米。這些煉爐的周圍都有木炭、孔雀石、碎礦用的石砧、石球、冶煉時排放的大量爐渣及陶質生活用具等。由煉銅原料可知，當時的冶煉工藝是氧化礦的還原熔煉。大井的冶煉遺址出土有馬頭形的陶質鼓風管，表明已能用人工鼓風掌握爐溫。模擬實驗證明，用春秋時期的這種豎爐煉銅，可以連續加料、連續排渣和間斷放銅，具有較高的熔煉能力。銅綠山遺址的爐渣多冷凝成薄片狀，酸度適宜，含銅量僅為0.7％，反映瞭春秋時期的冶銅工藝已達到相當高的水平。
東周時代冶銅豎爐 銅綠山出土
鑄銅作坊 商周時代的都邑遺址幾乎都發現瞭鑄銅作坊遺址。其面積有數萬平方米的，也有10餘萬平方米的。作坊址內出土瞭為數可觀的陶范、坩堝塊、木炭、小件青銅器和銅錠、銅渣以及與鑄銅生產有關的其他遺存。這些作坊址的發現說明商周王室及諸侯所用的青銅器大多是就地生產的。
偃師二裡頭遺址的商代早期鑄銅作坊內，熔銅的坩堝系用草拌泥制成。陶范與銅器一致，均為素面。出土銅爵據電子探針測定，含銅92％、錫7％，銅錫比例與鄭州二裡岡期青銅器的配比十分接近。鄭州商代遺址發現的兩處鑄銅作坊，分別在城南的南關外和城北的紫荊山北地。熔銅工具除有草拌泥制作的坩堝外，還用外敷草泥的陶質大口缸或大口尊。不過從大型銅鼎的發現看，也有使用熔銅爐的可能。不少陶范上都刻有花紋。這兩個作坊除生產青銅禮器外，南關外鑄銅作坊中還出土不少青銅䦆，紫荊山北的作坊則出土不少刀、鏃，因而被認為是鑄銅手工業中出現分工跡象的反映。
安陽殷墟的苗圃北地、西周時代的洛陽龐傢溝鑄銅遺址和新鄭鄭韓故城、侯馬牛村古城南郊的東周鑄銅作坊，都是古代規模較大的鑄造場所。這幾個地點都發現瞭體積較大的熔銅爐、大批陶范及與鑄銅有關的工具和用具。苗圃北地鑄銅遺址出土的熔銅爐若按殘壁的弧度推算，直徑約在60～70厘米。另有一種土坑式的熔爐，直徑1米，深0.5～1米。洛陽龐傢溝發現的熔銅工具有3種，其中大型熔銅爐的內徑160厘米，壁厚30～35厘米，並設有鼓風口。洛陽、新鄭、侯馬等地作坊中都發現陶質的鼓風管，說明熔銅爐具備較好的熔化能力。用這樣大型的熔爐熔銅，與當時鑄造大型青銅器的情況是適應的。
苗圃鑄銅遺址和侯馬鑄銅遺址都發現瞭與鑄銅有關的居址、窖穴、水井、祭坑、烘范窯和道路、工作臺面等遺跡。各個作坊址出土的陶范數以萬計，其中一部分陶范可以拼對成套。從陶范的型腔可知，有鑄禮器的，也有鑄樂器、工具、兵器、車馬器或其他裝飾品的。侯馬鑄銅作坊中還鑄造中國最早的青銅鑄幣空首佈以及銅帶鉤等物品。
鑄造青銅器的模具有陶范、石范和金屬范 3類。陶范的原料主要是粘土和砂子，一般都是就地取材。由於陶土的耐火度高，易於透氣，來源又極方便，所以各地作坊都普遍運用，成為中國青銅時代鑄造工藝的一大特點。造形簡單的工具、兵器等用單范或雙合范鑄造，一范可使用多次。青銅容器則用復合范鑄造，一套模具隻能鑄造一件器物。石范在夏縣東下馮遺址、清江吳城遺址等地都有發現，數量不多，都是鑄造刀、鏃等小件器物的模具。金屬模具有銅范和鐵范兩種。山東臨淄發現的銅范是鑄造青銅鑄幣“齊法化”的模具。河北興隆發現的鐵范則是鑄造鐵工具的鑄范。
青銅鑄造工藝的傑出成就 鑄造一件青銅器需要經過塑模、翻范、烘烤、澆註等一整套工序。即將準備鑄造的器形先塑出泥模，在泥模上翻出外范，在泥模或外范上雕刻所需的花紋，然後在泥模上削出范芯或另外制作范芯，范芯與外范之間的距離，即為澆註後銅器器壁的厚度。為防止陶土幹燥過程中可能出現的縮裂和變形，陶土中粘土和砂的成分配比要合理。外范和范芯陰幹、晾曬後，組合放入烘范窯中烘烤，使之脫水和定型。經常是出窯後趁熱進行澆鑄。大件器物需挖坑固定，用槽註法澆註。一次澆鑄完成的，俗稱渾鑄法。比較復雜的器形則先鑄附件、後鑄器身，或先鑄器身，然後將附件鑄接上去，稱為分鑄法。商代已經使用分鑄法，東周時期分鑄法的使用更加熟練。商代和西周銅器的裝飾紋樣多在泥模上雕刻，有的在外范上加工，東周時期有的采用花紋印版在模上捺印，有些可能是將印出花紋的泥片貼附在模胎之上，提高瞭工效。鑄造一件銅鬲，需用4塊外范和1塊范芯，一件銅爵則需16塊陶范。曾侯乙墓鐘架中層的一件甬鐘，鑄造時共用瞭136塊陶范。
青銅樂器的鑄造集中地反映瞭商周時期鑄造工藝所達到的成就。據研究，無論商鐘還是周鐘，都有良好的音響效果。對曾侯乙編鐘進行的檢測知道，鐘體的合金成分中錫占12.5～14.6％，鉛一般為1～3％。這個配比與《考工記》所載“金有六齊，六分其金而錫居其一，謂之鐘鼎之齊”大體相近。實驗表明，鐘體含錫量低於13％時，發出的聲音單調、尖銳；含錫量太高則鐘體易碎。同時，適當的含鉛量有利於鐘音的衰減和音色的改變，含鉛量過低則衰減緩慢，含鉛過量則音色惡化。古代工匠在實踐中摸索出配料的合理比例，並掌握瞭熱處理等工藝來控制和改善鐘的音響，鑄造瞭這一套總音域達5個八度，能奏出完整的五聲、六聲或七聲音階的樂曲的編鐘。
東周時期已出現疊鑄技術。據研究，臨淄發現的鑄造“齊法化”的長方形銅質模具是翻制泥范用的。將若幹烘烤過的陶范疊裝起來，澆註時銅汁通過中間的直澆道，流向每一層半月形的內澆道而到達齊刀的范腔之中，一次可澆鑄十幾個或更多的鑄件。
春秋時期還出現瞭失蠟法鑄造工藝。這種工藝是將易熔化的黃蠟制成蠟模，用細泥漿多次澆淋，並塗上耐火材料使之硬化，做成鑄型。烘燒後黃蠟熔化流出，形成型腔，用以澆鑄銅汁。河南淅川下寺楚墓出土的銅禁和鼎表面的獸頭及足、耳等附件，戰國早期曾侯乙墓所出的尊盤等都是用失蠟法鑄成的。此外，研究者對下寺楚墓所出55號銅鼎的鼎足和曾侯乙墓冰鑑的龍頭等部位的焊料進行研究，認為是有金屬錫焊接的。
淅川下寺1號墓出土銅鼎的鑄出孔焊接附件
商周青銅器的表面除瞭有裝飾紋樣外，還出現瞭鑲嵌玉或綠松石的“銅鑲玉”技術。在商代，這種技術主要用在兵器和小件裝飾品上。到瞭東周時代，這種鑲嵌術進一步運用在大型銅容器上，並往往與新出現的金銀錯、嵌紅銅、鎏金等新技術用於同一件器物上。不同色彩互相對比，使青銅器的裝飾效果更加突出。
對吳越銅劍進行的研究發現，鑄劍時在劍的不同部位使用瞭不同成分的銅合金。如中脊用低錫或含鉛較多的合金，以提高其韌性；兩鍔則用含錫量19％左右的銅合金。使用不同成分銅合金的直接效果是既保證瞭兩鍔的鋒利，又增強瞭格鬥時劍體中脊的抗震性能，剛柔相濟，不易折斷。
在著名的越王勾踐劍上有裝飾性很強的幾何形花紋。對這種花紋的形成存在不同意見，有人認為是硫化物腐蝕出來的，有人則認為是使用不同的銅合金嵌出的：基體用的是錫青銅，花紋則是錫、銅及鐵的合金。由於合金成分和含量不同，所以呈色也不一樣，磨礪時因硬度不同而微有凹陷，顯示隱花圖案（見彩圖）。雖然看法不同，但研究者一致認為，當時的鑄劍工藝達到瞭相當高的水平。
越王勾踐劍
湖北江陵望山1號墓出土（東周銅器）
鄂君啟節
安徽壽縣出土（東周銅器）
參考書目
北京鋼鐵學院《中國古代冶金史》編寫組：《中國古 代冶金》，文物出版社，1978。
夏鼐、殷瑋璋:湖北銅綠山古銅礦，《考古學報》1982年1期。