3000多年前的青铜牛尊”复活“了？西北工业大学文化遗产研究院青铜研究团队联合中国社会科学院考古研究所、墨尔本大学等机构，在对河南安阳殷墟出土的著名青铜器亚长牛尊铸造工艺进行研究时，成功复原了这一著名青铜器的浇注与凝固过程。
团队通过三维扫描技术与凝固模拟实验，首次揭示了商代工匠通过控制陶范型腔结构、优化浇冒口设置等工艺，实现青铜器等壁厚设计的科学逻辑。相关成果近日发布在《考古科学杂志》。
科学方法重现青铜器铸造工艺
西北工业大学文化遗产研究院副教授杨欢介绍，我国的青铜时代约始于距今4000年前后，在大约3000年前，青铜器的制作已成为当时最重要的手工业生产活动。商代晚期的工匠使用独特的块范法铸造了大量工艺精湛的“国之重器”，供当时的王室贵族祭祀天地诸神与祖先，祈求丰收、胜利与健康，铸就了我国古代光辉灿烂的青铜文化。商代晚期的青铜器在材质、工艺和造型上均达到了青铜艺术的巅峰，是人类青铜文明的重要组成部分。
西北工业大学文化遗产研究院副教授杨欢正在观察牛尊细节。西北工业大学供图长期以来，学者们通过对青铜工艺的研究，来认知我国青铜时代的社会结构、经济与技术等多方面的内容。尽管前期研究已经很好的解决了诸如工艺流程、物料选择等重要问题。然而目前中外学者共同面临的问题是：如何通过科学方法准确还原3000多年前的青铜铸造工艺，从而更好地认知与诠释精湛的古代技艺。
为了解决考古学重要问题并准确认知我国古代冶金技术成就。自2019年起，西北工业大学文化遗产研究院青铜工艺研究团队结合该校材料科学等优势学科，与凝固技术国家重点实验室合作，率先将凝固理论与模拟方法用于古代青铜器的研究之中，将青铜工艺研究提升至动态化、可视化、可计算化的新层面。研究开展五年来，取得了丰富的科研成果。
以缺陷控制实现完美器物
2023年，受中国社会科学院考古研究所安阳工作站合作委托，团队展开了对殷墟出土著名青铜器亚长牛尊的凝固过程复原。这件商代晚期的青铜牛尊出土于殷墟花园庄54号墓，墓主人为高等级武将亚长。
作为殷墟出土的唯一牛形青铜器，牛尊以其生动的造型和精美的纹饰，自出土以来便备受研究者与公众的关注。
商人重酒，尊因此成为当时最重要的酒器。牛尊作为安阳殷墟出土的代表性青铜器，其动物造型的铸造难度远高于普通的尊。对其铸造工艺的研究，将有助于学术界深入了解商周时期青铜铸造的精湛技艺。
牛尊三维模型及剖面尺寸示意图。西北工业大学供图
团队通过对古代陶范材料的热物性参数进行测量、计算，以及对关键边界条件如青铜与陶范界面换热系数的长期研究与攻关，获取了关键材料数据。结合牛尊本体与陶范的三维建模，成功复原了这一著名青铜器的浇注与凝固过程。
牛尊凝固过程的观察，揭示了商代晚期铸造工艺的多项成就，如浇、冒口设计与金属垫片（内冷铁）的应用。“当时工匠对浇冒口的选择，做到了今天材料科学视角下的最优解，展现了工匠的高超智慧。”杨欢解释，团队在模拟时，曾经尝试将之前根据考古观察得出的浇冒口进行互换，结果发现器物的整体缺陷增加了一倍不止。
此外，牛尊的整体造型严格遵守了壁厚均等设计原则。除了腹腔之外，牛尊的角与四足均为中空，整体约保持了3毫米的壁厚，仅在牛蹄接触地面的部位厚度为5毫米，为整件器物提供了很好的支撑功能。
值得一提的是，牛尊的右后足与腹腔连接部位壁厚略厚，达到了7毫米左右。研究发现，这并非设计失误，而是工匠为适应浇口功能而进行的巧妙调整，体现了高超的技术创造力。这样的器物设计，使得器物的充型的过程中铜液流畅，极大的减少了铸造缺陷的产生。这一研究成果生动还原了商代工匠“以缺陷控制实现完美器物”的智慧。
“这些技术，至今仍拥有很强的生命力，甚至成为今天铸造行业的重要原则（如等壁厚设计、冷铁的应用），显示了我国古代金属技术的强大生命力。”杨欢进一步解释说，正因为在3000年前的商代晚期，工匠熟练的掌握了铸造核心技术，并且运用到了青铜器的铸造工艺中，才使得一件件青铜精品得以诞生，从而缔造了古代中国独特的青铜时代。（来源：中国科学报 李媛）
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.jas.2025.106243