基于古代焚失法，以石膏型面層與加固層替代傳統泥范來制備天然植物金屬藝術品。結果表明，以５０％的α型半水石膏和５０％鋁礬土作為基體材料，加８０％的硫酸亞鐵和２０％的焦磷酸鈉混合溶液作為添加劑配制成的漿料，制得的石膏型顯微結構較松散，能降低型殼強度，提升破殼效果；加５０％的硅溶膠作為粘結劑配制成的漿料，制得的石膏型顯微結構出現三維網狀結構，能提高石膏加固層抗彎和抗拉強度，阻止鑄型的變形和開裂。所制備鑄件造型逼真。

　　關鍵詞：焚失法；石膏型；天然植物金屬藝術品

　　焚失法又稱失模鑄造或失繩鑄造，是一種整體鑄型工藝，最早見于商代中晚期［１，２］。焚失法是指用可焚燒材料作為制模材料，如木材、植物纖維、淀粉等，通過高溫焙燒，制模材料焚燒成灰，接著清除灰燼，獲得鑄件型腔，再經澆注獲得鑄件的工藝［３］。焚失法是失蠟鑄造的起源，不同于失蠟鑄造，不需要制作原模，省去了繁瑣的制模工藝［４］。該工藝對材料具有針對性，大多可燃性好的植物材料，采用焚失法均能復刻出１∶１的天然植物金屬藝術品。石膏型鑄造是指采用石膏作為鑄型材料的一種鑄造工藝，石膏型鑄造具有可復制性好、潰散性好、鑄件粗糙度低等特點，被廣泛應用于制造各種藝術鑄件［５～７］。將焚失法與石膏型鑄造工藝相結合，可發揮二者各自的優點。目前國內對以石膏型替代傳統泥范的焚失法的研究報道較少。本課題以朽木、花枝為模，采用石膏作為鑄型材料，經多次焙燒，鑄造出的天然植物金屬藝術品具有造型逼真的特點。

　　１試驗材料及方法

　　１．１試驗材料及設備

　　采用朽木（２２０ｍｍ×８０ｍｍ×４０ｍｍ）、花枝（１５０ｍｍ×６０ｍｍ×６ｍｍ）作為原模，采用材料還有ＺＬ１０４鋁合金、α型石膏、鋁礬土（１００目）、硅溶膠、鉍基合金、硫酸亞鐵、焦磷酸鈉等。用ＥＵ－２型液壓萬能強度試驗機、ＧＢ２６９－２４型針入度檢測儀、ＦＬ７５００型正置金相顯微鏡對石膏型殼進行性能分析。

　　１．２工藝流程

　　首先，在朽木表面涂上一層石膏型面層，經一次焙燒，使朽木完全燃燒成灰，接著破殼清理木灰，得到原型狀空腔，再將面層石膏型修補還原，然后涂上石膏型加固層，隨后二次焙燒，設計組裝澆冒口，最后澆注金屬液，凝固完畢后進行破型取件。圖１為天然植物金屬藝術品制作流程。

　　２試驗結果與分析

　　２．１石膏型粘結機理

　　石膏型是由α型半水石膏、鋁礬土、粘結劑以及添加劑混制而成。所采用的石膏型具體配方見表１。反應生成的二水石膏在水中的溶解度遠小于半水石膏，使溶液處于過飽和狀態，二水石膏在過飽和溶液中將以膠體微粒析出，之后半水石膏不斷溶解和水化，直至完全消失。在這個過程中，漿體中的游離水分不斷減少，漿體粘度不斷增加，膠體微粒逐漸凝聚成晶體，晶體之間相互交錯，使漿體產生強度，石膏發生硬化。圖２為石膏型的顯微組織。可以看出，在石膏型面層中，加入添加劑后其中的硫酸亞鐵促凝效果較好，可提高半水石膏在水中的溶解速度，促進二水石膏形核和長大，從而增加結晶點數量，強化結晶結構網；其次，焦磷酸鈉和硫酸亞鐵混合后會發生絡合反應，形成膠狀溶液，附著在石膏和填料表面，與硫酸亞鐵結晶網絡交錯，可進一步提高強度。但在高溫焙燒后，絡合物會分解成焦磷酸鈉和硫酸亞鐵，硫酸亞鐵又分解成氧化鐵，焦磷酸鈉極易吸水潮解，氧化鐵極易軟化潰散，最終使聯結網絡溶失潰散，石膏型顯微組織中出現大量黑色粉料，見圖２ａ，從而使石膏型具有良好的潰散性，較低的型殼強度，提高破型效果。（２）石膏型加固層中，加入粘結劑，粘結劑中的硅溶膠是一類無定型的ＳｉＯ２微粒分散在水中形成的膠體溶液，在石膏干燥過程中，水分不斷蒸發散逸，硅溶膠逐漸喪失穩定性，溶膠中ＳｉＯ２粒子互相聚集，最后縮聚成三維網絡結構的凍膠，見圖２ｂ。這種三維網絡結構可顯著增強石膏型強度，有效阻止石膏型殼的開裂［８］。

　　２．２石膏型性能分析

　　面層石膏型和加固層石膏型的強度和石膏型殼的針入度見圖３。可以看出，面層石膏型抗拉強度和抗彎強度低，有助于第一次焙燒后的破殼清灰，且針入度高，具有較好的透氣性，在金屬液澆注凝固時，能有效減少鑄件內部氣孔；加固層石膏型抗拉強度和抗彎強度高，能有效防止石膏型的開裂和變形，保證了鑄件的尺寸精度。

　　２．３成形工藝分析

　　焚失法是通過原模的焚失來獲得原型狀空腔，要求原模能夠較容易焚失。一般木材（淀粉類）容易燃燒，故選擇朽木和花枝為原模，見圖４。２．３．１石膏型面層和加固層的制作采用石膏材料作為鑄型，利用石膏良好的膨脹復印能力，能夠很好地復制出母模。由于工藝的要求，分別是石膏型面層和加固層。石膏型面層要求較低的強度，潰散性好，有利于焚燒之后的破殼清理。首先，將５０％的α型半水石膏和５０％的鋁礬土混合并加入添加劑，攪拌均勻得到石膏漿料，然后進行實體掛漿，將朽木浸入石膏漿料中，使朽木表面完全覆蓋上一層石膏漿料。待石膏型成型后自然晾干２４ｈ。在石膏型面層表面再涂上一層加固層。石膏加固層漿料中加入硅溶膠粘結劑，制作工藝與面層相同。２．３．２焙燒工藝石膏型需經兩次焙燒，第一次高溫焙燒主要是將原模完全燃燒成燼，獲得原型狀空腔。再將石膏型放入電阻爐中加熱，嚴格控制加熱溫度和保溫時間，采用分級加熱，加熱速度平緩，防止因溫度急劇變化時石膏型發生開裂。焙燒工藝見圖５。第二次焙燒是將石膏型內殘余模料、未排除的結晶水及其他發氣物燃燒和揮發，并使石膏固化、穩定，提高石膏型的強度。焙燒溫度最高為４００℃，同樣采用分級加熱工藝。２．３．３破殼清理和面層修補第一次焙燒溫度最高為６００℃。為得到原型狀鑄型，需要將殘余灰燼清除干凈。待高溫焙燒后的石膏型溫度降至一定程度后，將石膏型放置桌面上，用小木錘敲擊石膏型表面的裂紋，使石膏型順著裂紋裂開成幾塊。然后將每小塊石膏型中的殘灰傾倒出來，接著用吹風機吹出灰燼，保證鑄型干凈。最后將各小塊鑄型拼接，并用制石膏型面層所用漿料進行粘結，自然晾干２４ｈ，重新得到一個完整的原型狀空腔。２．３．４澆注成型和破殼取件朽木石膏型用ＺＬ１０４鋁合金澆注，花枝石膏型用鉍基合金澆注；ＺＬ１０４鋁合金的結晶溫度范圍窄，流動性較好，可得到形狀完整、輪廓清晰的鑄件。試驗中需對石膏型進行預熱，預熱溫度為３００℃，并刷上涂料，保證金屬液具有良好的充型能力。澆注溫度為７５０℃，采用熱型重力法，將鑄型埋入砂箱，直接進行澆注。待鑄件凝固后冷至室溫，用木棒敲開鑄型，使石膏與鑄件分離。對于一些貼附在鑄件表面的石膏，難以用木棒敲除時，采用水浸法去除，即將鑄件放入水中浸泡一段時間，石膏在水中會自動變軟，隨后可取出鑄件，用鑷子即可將石膏去除。ＺＬ１０４鋁合金呈灰白色，考慮到美觀性，對鑄件上色，采用手噴漆對朽木噴上一層原木色的漆面，重復５次噴涂，使鑄件各部分著色均勻，見圖６。

　　２．４澆冒口設計

　　采用頂注式澆注系統，澆冒一體結構、工序簡單，制作成本低，見圖７。朽木形狀復雜，尺寸大，澆冒口見圖７ａ。花枝由許多小葉片和主分桿組成，屬于薄壁鑄件，采用較高的靜壓頭，提高充型能力，有利于得到形狀逼真的花枝，澆冒口設計見圖７ｂ。

　　２．５鑄件結構分析

　　花枝由許多小葉片和主、分桿組成，若采用熔模鑄造，蠟模制作工藝復雜，制作周期長；而采用基于焚失法的天然植物金屬藝術品成形工藝，原模直接選取真實花枝，省去了繁瑣的制模過程，利用石膏型復制性好的特點，可制造出逼真的花枝藝術品。

　　３結論

　　（１）焚失法不需要制作蠟模，減去了繁瑣的制模工序，可用于制作形狀復雜，造型獨特的的鑄件。采用石膏作為鑄型材料，可制作形狀復雜的鑄件。基于焚失法的天然植物金屬藝術品成形工藝給制作形狀復雜、造型獨特、獨一無二的天然植物金屬藝術品提供了一種新方法。（２）基于焚失法的天然植物金屬藝術品成形工藝關鍵在于石膏型面層和加固層漿料的制作。石膏型面層漿料采用硫酸亞鐵和焦磷酸銨混合溶液作為添加劑，第一次焙燒后強度低，透氣性好，有利于破型清灰以及氣體的排出。石膏型加固層漿料采用５０％硅溶膠作為粘結劑，第二次焙燒后強度較高，能有效阻止鑄型的變形和開裂。

　　參考文獻

　　［１］萬紅，熊博文，蘆剛．論中國古代青銅器的鑒賞［Ｊ］．鑄造技術，２０１８，３９（８）：１７００－１７０４，１７０８．

　　［２］譚德睿．變形夔紋分體甗－存在焚失法的又一生動例證－《中國古代藝術鑄造系列圖說》之三十九［Ｊ］．特種鑄造及有色合金，２０１０，３０（３）：２９３－２９４．

　　［３］譚德睿．中國古代失蠟鑄造起源問題的思考［Ｊ］．文物保護與考古科學，１９９４（２）：４３－４８．

　　［４］黃雙修．失蠟法鑄造技術－我國古代冶鑄史上的偉大創造［Ｊ］．中國養蜂，２００２（４）：３１－３３．

　　［５］李傳栻．石膏材料和石膏型制造工藝（上）［Ｊ］．機械工人，２００６（９）：５５－５８．

　　［６］陳美怡，厲松春，李自德，等．藝術品石膏型鑄造［Ｊ］．特種鑄造及有色合金，１９８８（２）：１７－２２，１１．

　　［７］高成勛．石膏型鑄造工藝在銅質藝術鑄件上的應用［Ｊ］．鑄造工程，２０１９（３）：６４－６６．

　　［８］萬紅，熊博文，徐志鋒．石膏型熔模精鑄水性硅溶膠制殼工藝研究［Ｊ］．鑄造技術，２０１０，３１（１２）：１６５８－１６５９．

　　作者：孫佳奕 萬紅 況家瑾 袁誠