兵马俑坑中出土的秦剑的科技之光

【秦俑百问微讲堂】秦剑的科技之光陕西学习平台2021-01-12订阅

秦俑坑出土的秦剑。说到秦剑，人们自然会联想到荆轲刺秦王的故事。《史记·刺客列传》记载：燕国使者荆轲，以奉献燕国地图给秦国为借口，企图借机行刺秦王嬴政。书中描述，在荆轲的紧逼下，秦王绕柱奔跑，因剑长鞘深，三次拔剑而不出。由此可见，秦剑之长。春秋战国时期，青铜剑普遍宽而短，剑长60厘米似乎已是极限，就连最负盛名的越王勾践剑，全长也不过55.7厘米。而从兵马俑坑中出土的秦剑，长度竟达96厘米。那么，秦人将剑身加长的目的又何在呢？英国古兵器学家理查伯顿认为，在短兵器格斗中，刺比砍更有优势，因为刺更能逼近对手。长于对手大约30厘米的秦剑，在格斗中显然更容易刺到对方，这可能是秦剑加长的主要原因。剑是否坚韧和锋利，关键在于青铜材料的配比，也就是铜锡铅的合金比例。秦剑的青铜配比是铜占73%—76.32%，锡占18.02%—21.4%，铅占0.17%—2.18%，与《考工记》记载的“三分其金而锡居一，谓之大刃之齐”大致吻合。就铸剑用的青铜材料讲，锡的含量非常重要，锡少了，剑的弹性虽然好，但硬度和锋利度不够；锡多了，锋利度提高，却容易折断。研究发现，为了使硬度和韧性结合得恰到好处，俑坑中部分秦剑还采用了二次铸造工艺，其方法是先铸剑脊，再二次铸剑刃。剑脊采用含锡量略低的青铜铸造，目的是保证长剑的弹性。剑刃用含锡量略高的青铜铸造，用以加强其硬度与锋利度。剑铸好后还须经过多道加工打磨程序。打磨分两道工序，先是通过打磨除去表面的粗糙，使剑刃锋利；再采用麻布作精细打磨，使剑身光滑亮泽。通过显微镜观察，剑的表面有很多打磨留下的痕迹，其中从剑脊向剑刃方向有非常细小而平行的线条，应是粗加工时留下的痕迹，这种痕迹在箭镞和其它兵器上也有发现。大量细小而平行的加工痕迹，说明当时兵器打磨中可能采用了类似车床的机械装置。铜锡配比的适度，加上根据受力原理而设计的粗细和薄厚分布不同的剑身，使得秦剑的坚韧性和强硬度达到了近乎完美的平衡，这也是秦代青铜兵器生产加工的奇迹。值得一提的是，秦剑出土时基本没有锈蚀，擦去表面泥土后，显露出闪亮、锐利的锋刃。学者早前认为，俑坑中的秦剑之所以保存很好，是因为秦代工匠对剑身表面采用了铬处理。最新的研究表明，秦俑坑出土兵器表面的铬元素并不是普遍存在，而铬元素出现在不同兵器表面的分析数据就更加有趣了。研究人员在88%的弩臂、剑柄、剑鞘等兵器配件周围检测到了铬，但仅在2%或更少的箭头或剑身的样本上发现了铬。出现这种分布的原因，是由于这些含铬的金属部位更靠近保护木质器件的生漆，这些表面涂有生漆的木质器件腐蚀后，生漆中的铬元素便沉积到了金属上。也就是说，兵器表面铬元素的存在应该是生漆污染的结果。秦俑坑出土的青铜剑，不仅让我们看到了两千年前秦人炉火纯青的青铜冶铸工艺，也要求我们通过现代科技手段，去逐步解开文物为我们留下的层层难题。作者单位：秦始皇帝陵博物院