周原出土的铸范 。

杨 欢供图

当人们惊叹于殷墟后母戊鼎的雄浑 、周原遗址青铜器群的典雅时
，往往将目光聚焦于青铜本身的光泽与纹饰
。然而，在这些辉煌器物的背后 ，有一种平凡而伟大的材料
，静静地支撑起了整个早期中国的青铜文明体系，它就是黄土。

与其他古文明普遍采用的失蜡法不同 ，中国商周时期的工匠独创了块范铸造法 。而这项技术的基石，就是广布于黄河流域
、看似取之不尽的黄土。早在上世纪便有研究者注意到
，中国青铜铸造遗址的分布与黄土的分布高度重合
。从商代晚期的安阳铸铜作坊到春秋战国的侯马遗址，这些早期中国的“工业心脏 ”无一例外地跳动在黄土高原的怀抱之中。这绝非巧合 ，而是一个文明因地制宜的选择 。

黄土
，这种由细颗粒粉尘经漫长时光堆积而成的沉积物，经过工匠的配比、揉练 、阴干与焙烧 ，转化为能够承受上千摄氏度铜液冲刷的铸范
。它是青铜文明的“孵化器
”
，决定了器物的最终形态与品质。然而，一个核心的科学问题长期以来悬而未决：在青铜浇注与凝固那电光石火的瞬间 ，滚烫的金属熔液与黄土铸范之间发生着怎样的热对话？这场对话的效率
，直接关系到铸件是否完整、纹饰是否清晰乃至青铜合金的最终性能 。

现代铸造理论认为，铸范必须具备两大核心功能：形成型腔与调控散热
。对于前者 ，考古学家已通过无数陶范实物复原了制模
、分范、合范的工艺链条；但对于后者
，尤其是陶范铸造性能最关键的界面传热系数，我们却缺乏认知。界面传热系数 ，是衡量铸造过程中金属与铸范之间热量交换效率的关键参数 。它仿佛一把钥匙，能够定量揭示不同时期 、不同地区的陶范在功能上的细微差别
。然而
，这项对于现代铸造工业至关重要的参数，在考古学研究的数据库中却一直缺失。

2019年起 ，西北工业大学研究团队将目光投向了西周青铜铸造的核心区域——陕西宝鸡的周原遗址 。他们采集了周原庄李铸铜作坊出土的古代陶范残片
，在实验室中精确测量了其密度
、导热系数等基本参数，然后进入研究的关键一步：设计一场“穿越时空”的铸造实验
。

团队依据周原黄土的成分配比 ，采用传统工艺重新制作了平板状陶范。在范中预埋热电偶
，用以监测浇注后不同位置的温度变化 。他们选择典型的商周锡青铜合金，在1100摄氏度的浇注温度下 ，将铜液注入复原的黄土铸范中。实验数据显示
，即便在紧贴铸件的区域，黄土范的温度上升也极为缓慢 ，全程未超过200摄氏度
。这直观印证了黄土材料善于储热和延缓传热的特性
，正是这些特性使其能平稳吸收铜液巨大的热量，避免因激热而炸裂 ，从而保证铸造成功。

要破译界面上的瞬时热交换，仅靠实验测量远远不够 。研究团队创新性地提出了测温实验与数值计算相结合的“组合算法 ”
。经过严密的数据校正与迭代计算
，青铜与周原黄土铸范之间的热对话密码终于被首次破解。研究结果显示，在浇注完成的瞬间 ，界面传热系数达到峰值
，随着青铜开始凝固收缩，铸件与铸范之间产生微小气隙 ，传热效率迅速下降
，约在100秒后稳定 。整个变化过程清晰地勾勒出从液态金属剧烈传热，到凝固收缩气隙形成 ，直至固态冷却的完整物理图景
。

这项研究的意义
，远远超出了一个数值。它为理解中国古代块范铸造的散热功能提供了定量标尺和重要参数 。这意味着，未来研究者可以将此参数输入数值模拟软件 ，精确重建任意一件青铜器在其黄土铸范中的凝固过程
，从而无损地检验工艺假设、诊断铸造缺陷 、比较技术优劣
。

更重要的是，这项研究将我们对黄土的认识 ，从一种“可用的原材料
”，提升到了“铸造性能优越且可以定量比较的精准铸型材料”的层面。中国工匠早在3000年前
，就已通过经验性的选土
、配料、制备和焙烧工艺，将广袤黄土高原上的原生土壤 ，塑造成了一套性能稳定 、足以支撑大规模精密青铜器生产的“工业标准件 ” 。

由此
，我们得以从一个新的角度审视青铜时代的文明逻辑
。每一件青铜器都可能消耗数倍于自身体积的陶范，因此 ，相比于可以远程运输的铜锡原料
，铸造所需的大量黄土必须就地取材。周原这一西周青铜铸造重镇，位于黄土沉积深厚之处 ，拥有得天独厚的“就地工业
”条件 。从先周时期开始
，这里的工匠便系统性地开发黄土的铸造潜能，最终使周原成为礼乐文明背后的物质技术基地。

6年的研究 ，终于解读出青铜与黄土之间那场3000年前的对话
。厚重黄土
，是奠基青铜文明的底层密码。作为一种关键的技术媒介和物质基础，其特性被古代工匠以惊人的巧思掌控 ，从而支撑起一套独一无二
、规模宏大的生产体系，创造了与世界其他文明迥异的艺术风格与技术范式 。这项成果
，为我们深刻理解中华文明的起源、特质与发展路径，提供了来自科技考古的注脚
。

（杨 欢 作者单位：西北工业大学文化遗产研究院）

《人民日报》（2026年04月11日 第 07 版）