中國(guó)新石器時(shí)代數(shù)千年漫長(zhǎng)的制陶史，使得人們對(duì)粘土（或土壤）特性的認(rèn)識(shí)和制陶羼合料（制陶工匠有意摻入陶泥以增強(qiáng)陶器在某些方面特性的物質(zhì)，如石英或長(zhǎng)石顆粒、礫石或巖屑、蚌殼碎片甚至稻谷殼，不同種類陶器的羼合料在物質(zhì)、大小、配比上都可能不同，如何使用羼合料是一個(gè)長(zhǎng)期摸索的過(guò)程）的使用上有了充分了解。如龍山時(shí)代是黃河流域制陶技術(shù)達(dá)到高峰的時(shí)期，這時(shí)期的陶器以器形復(fù)雜精巧見(jiàn)長(zhǎng)。有證據(jù)表明，很多陶器可能是用批量化和標(biāo)準(zhǔn)化的方法生產(chǎn)部件，再組合套接成形，或可被看作是龍山時(shí)代之后制作組合陶范的技術(shù)基礎(chǔ)之一。
陶范的作用和陶器畢竟不同，雖然陶范制作技術(shù)來(lái)源于制陶技術(shù)，但研究發(fā)現(xiàn)，鑄銅工匠此時(shí)已經(jīng)使用完全不同于陶器制作的方式來(lái)處理土壤等原材料并制作陶范。
獨(dú)樹(shù)一幟的中原——青銅禮器的陶范鑄造
中國(guó)在公元前1900年前后已經(jīng)開(kāi)始規(guī)模生產(chǎn)銅器。隨著田野考古工作的深入，發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)銅器生產(chǎn)的中心區(qū)域，如甘肅的河西走廊地區(qū)、內(nèi)蒙古及遼寧交界地帶的遼西地區(qū)、以及以中條山為中心的中原地區(qū)。
但是，這個(gè)時(shí)候僅在陶寺、二里頭遺址為代表的中原地區(qū)能夠制造青銅禮器，并發(fā)展出輝煌燦爛的三代青銅文明。這是因?yàn)?，造型?fù)雜的銅禮器的鑄造，是在熟練掌握陶范技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，也是中原地區(qū)文化選擇的結(jié)果，即中原有意選擇了青銅器作為其禮制的物質(zhì)載體。
就組合陶范技術(shù)而言，此時(shí)在中原地區(qū)的出現(xiàn)并非偶然，而是來(lái)源于中國(guó)新石器時(shí)代以來(lái)制陶技術(shù)的長(zhǎng)期積累。組合陶范技術(shù)是中國(guó)古代冶鑄技術(shù)的重大發(fā)明之一，在世界冶金史上也獨(dú)樹(shù)一幟。
中原在二里頭時(shí)期率先創(chuàng)造了青銅禮器的陶范鑄造法
刑范正，金錫美，工冶巧，火齊得——青銅冶鑄的復(fù)雜流程
自二里頭時(shí)期組合范鑄造青銅容器開(kāi)始，至春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期生產(chǎn)種類繁多的青銅器為止，中國(guó)形成了一整套從青銅冶煉到銅器鑄造的工藝流程，這里面至少包含三個(gè)工序：采礦—冶煉：采礦→選礦→冶煉銅、錫、鉛等原料；
陶范制作：選擇陶泥和預(yù)備羼合料→模、范、芯的制作（器形、紋飾等等）→燒制成型；
澆注和后期加工：組合鑄型→合金熔煉與澆注→打磨拋光→焊接、鑲嵌、鍍錫、鎏金銀、錯(cuò)金銀、彩繪等。
獨(dú)特的顯微結(jié)構(gòu)——陶范鑄造的“組織保障”
模、范、芯的制作及其組合是青銅容器鑄造的技術(shù)關(guān)鍵。二里頭遺址發(fā)掘出土了數(shù)量較多的二里頭文化二期至四期的陶范，從殘存的范塊來(lái)看已用于鑄造器形復(fù)雜的銅容器，二里頭文化時(shí)期也發(fā)現(xiàn)有大量器形優(yōu)美、器壁很薄的青銅器，這表明當(dāng)時(shí)的陶范制作技術(shù)和青銅器鑄造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。那么陶范是如何制作的，又有什么樣的組織特征？
從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，不少學(xué)者利用現(xiàn)代檢測(cè)分析方法，考察陶范的微觀構(gòu)成和理化性能，探討技術(shù)進(jìn)步的具體表現(xiàn)。
國(guó)內(nèi)方面，張萬(wàn)鐘測(cè)定了侯馬鑄銅遺址出土陶范樣品的砂含量，并確定模、范和芯的制作工藝，亦對(duì)范、模的組裝方法，固定支釘?shù)氖褂茫瑵裁翱诘脑O(shè)置等方面進(jìn)行了詳細(xì)的討論。北京鋼鐵學(xué)院（現(xiàn)北京科技大學(xué)）對(duì)殷墟小屯出土的范和芯做了粒度、成分分析和巖相測(cè)定。上海博物館在譚德睿先生的帶領(lǐng)下對(duì)古代陶范做了系統(tǒng)性研究，總結(jié)出古陶范具有強(qiáng)度高、可雕塑性好、耐火度和熱化學(xué)穩(wěn)定性足、發(fā)氣量低、焙燒和冷卻時(shí)變形量小、焙燒溫度低于燒結(jié)溫度、透氣性不良等性能。另外，發(fā)現(xiàn)古人在范料中加入了植物灰，其作用在于降低陶范的蓄熱指數(shù)、提高金屬液的充型能力。
國(guó)外方面，Gettens和Freestone在對(duì)美國(guó)佛利爾藝術(shù)博物館藏的商周銅器所含泥芯以及殷墟陶范進(jìn)行分析之后，認(rèn)為陶范是由經(jīng)過(guò)選擇和處理的黃土制作的。James Stoltman和荊志純等關(guān)于陶范顯微分析的研究為陶范制作技術(shù)分析提供了新思路，他們利用數(shù)點(diǎn)法對(duì)殷墟出土陶范的巖相觀察結(jié)果進(jìn)行分析，指出陶范樣品中含有大量粉砂以及較少量的粘土；這一結(jié)構(gòu)將有利于青銅鑄造時(shí)所產(chǎn)生氣體的逸出，降低鑄造缺陷率；另外，較高的含砂量有助于減少陶范在干燥過(guò)程中的收縮。
新世紀(jì)以來(lái)，在國(guó)家重大文化專項(xiàng)“指南針計(jì)劃”和“中華文明探源工程”的支持下，北京大學(xué)考古文博學(xué)院、中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所和多家地方文物考古所及博物館密切合作，又對(duì)各地出土各時(shí)期的鑄銅陶范進(jìn)行了系統(tǒng)整理，并采集較多樣品進(jìn)行深入分析，取得了較多新成果。就顯微結(jié)構(gòu)而言，自二里頭文化至戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，鑄銅陶范有相當(dāng)多的一致性，如均使用經(jīng)過(guò)淘洗的黃土作為主要原料，粘土含量較低而孔隙率較高。這種低粘土、多孔陶范材料在干燥和燒制過(guò)程中的收縮率較小，從而對(duì)器物的形狀和紋飾的影響較低，可完成精細(xì)和復(fù)雜圖案的鑄造；多孔陶范具有良好的透氣性，在澆鑄過(guò)程有助于減少鑄件缺陷；多孔陶范因其有較多的空洞，從而具有較好的保溫效果，在澆注時(shí)可以減緩冷卻速度，實(shí)現(xiàn)順利澆注；高孔隙率和低溫?zé)频奶辗恫牧弦部商岣咂淇篃嵴鹦?。研究也發(fā)現(xiàn)，鑄銅陶范的顯微結(jié)構(gòu)有隨時(shí)間發(fā)展而逐漸成熟的趨勢(shì)，如二里頭遺址出土早期陶范的制作相對(duì)比較原始，表現(xiàn)為原料的分選程度不佳、組分不十分穩(wěn)定等，而商周時(shí)期陶范制作的標(biāo)準(zhǔn)化程度已較為穩(wěn)定，特別是春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期陶范的砂、粘土和空洞的配比已顯得非常成熟。由此可知，中國(guó)古代青銅器的陶范鑄造技術(shù)傳統(tǒng)，無(wú)論是陶范材料的選擇和制備，還是鑄型的設(shè)計(jì)和花紋的制作，在二里頭時(shí)期便已形成基本的規(guī)則和框架。
總之，陶范技術(shù)也許是在青銅時(shí)代早期鑄銅工匠從陶器工業(yè)中認(rèn)識(shí)到陶土的性質(zhì)，并逐步有意發(fā)展而來(lái)，毫無(wú)疑問(wèn)是中國(guó)的中原地區(qū)發(fā)明了塊范法鑄銅技術(shù)，是否可以排除這種技術(shù)是外來(lái)的呢？在青銅時(shí)代，與這種陶范類似的材料在古埃及的陶器中有所發(fā)現(xiàn)，而在歐亞大陸的早期青銅冶鑄遺址中也出土過(guò)陶范，但遺憾的是這些材料尚未進(jìn)行系統(tǒng)分析。因此，中國(guó)古代陶范鑄造的技術(shù)起源仍有較大的討論空間。
鑄鐵陶范——中國(guó)古代冶鑄工藝的又一創(chuàng)造
研究顯示，先秦時(shí)期大部分陶范的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)方面較為一致。這意味著，早在二里頭時(shí)期鑄銅陶范的制作技術(shù)已得到充分發(fā)展，戰(zhàn)國(guó)秦漢時(shí)期，鑄鐵陶范在鑄銅陶范的基礎(chǔ)上有一定程度的進(jìn)步。
這時(shí)的鑄鐵陶范砂含量更高、砂的顆粒度和空隙更大。鑄鐵陶范這種材料具有更好的保溫效果，也利于熔點(diǎn)更高的生鐵的澆注。
由此可知，先秦兩漢時(shí)期中國(guó)古代工匠在鑄銅與鑄鐵所用陶范上盡管使用了相同的制作技術(shù)，但所用原材料有一定差別，這既反映了技術(shù)的傳承，又存在創(chuàng)新的因素，需要專業(yè)化的生產(chǎn)才能完成。
從這個(gè)意義上講，專業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)是當(dāng)時(shí)冶金工業(yè)的重要組織形式，也是技術(shù)傳承與發(fā)展的重要載體。
鑄鐵陶范的顯微結(jié)構(gòu)，顆粒更大
中文化的傳承與發(fā)展——冶鑄技術(shù)的中國(guó)特質(zhì)
從冶金起源到青銅范鑄、生鐵冶煉和生鐵制鋼，中國(guó)早期冶金技術(shù)的發(fā)展道路也是在不斷吸收、消化各種外來(lái)技術(shù)，并逐漸形成特色鮮明的冶鑄技術(shù)體系，體現(xiàn)了兼容并蓄、博采眾長(zhǎng)，海納百川的中華文明特質(zhì)。
雖然在中國(guó)早期銅礦開(kāi)采、冶煉和鑄造中也能找到來(lái)自西方的技術(shù)因素，但當(dāng)青銅冶煉技術(shù)通過(guò)區(qū)域交流進(jìn)入中原之時(shí)（不排除獨(dú)立起源的可能性），及時(shí)結(jié)合中原地區(qū)在新石器時(shí)代晚期就已經(jīng)存在的本土化找礦、高溫控制和制模翻范技術(shù)的知識(shí)積累，能夠被迅速地吸收、消化并改進(jìn)提高，創(chuàng)造性地發(fā)明了青銅器組合陶范鑄造技術(shù)。這一鑄造技術(shù)傳統(tǒng)的形成，是中原地區(qū)文化和技術(shù)發(fā)展的必然選擇。而作為夏商周三代物質(zhì)文明的集大成者，青銅器的裝飾、制造技術(shù)和使用組合是區(qū)別于其他青銅文明的重要特征。這一青銅禮器鑄造技術(shù)的發(fā)生地，即在河南、山西和陜西為中心的中原核心地區(qū)。這顯示了中原文化兼容并蓄、博采眾長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
正是先秦時(shí)期有比較發(fā)達(dá)的青銅器陶范鑄造技術(shù)傳統(tǒng)，在具有西方特點(diǎn)的塊煉鐵技術(shù)傳播到豫陜晉交界地帶的中原地區(qū)之后，便迅速發(fā)明了生鐵冶煉及生鐵鑄造技術(shù)，完成了中國(guó)冶金史上的又一個(gè)重大轉(zhuǎn)折。商周青銅器的生產(chǎn)技術(shù)及其管理制度，為鑄鐵技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。一旦能夠把鐵從礦石中還原出來(lái)，這種鑄造技術(shù)的傳統(tǒng)和優(yōu)勢(shì)使生鐵的冶煉和鑄造變得十分容易。鑄造的生鐵脆硬易裂，限制了它的使用，這時(shí)高超的窯爐和高溫控制技術(shù)又一次派上了用場(chǎng)。將鐵器或生鐵原材料放在窯爐內(nèi)并控制爐內(nèi)氣氛進(jìn)行退火處理，可改變生鐵器物內(nèi)碳的存在狀態(tài)和含量，從而提高韌性、延長(zhǎng)使用壽命。所以，生鐵冶煉技術(shù)的產(chǎn)生及其制鋼體系的建立，是塊煉鐵技術(shù)與青銅器陶范鑄造技術(shù)相結(jié)合的必然結(jié)果，也是中原文化吸收外來(lái)技術(shù)進(jìn)行再創(chuàng)造的結(jié)果，再次體現(xiàn)了兼容并蓄、博采眾長(zhǎng)的中華文明特質(zhì)。
正是中原地區(qū)具有這種吸收外來(lái)技術(shù)為自己所用，并在外來(lái)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)造的能力，才在中華文明多元一體的發(fā)展中起到核心作用。中原地區(qū)所創(chuàng)立的這種金屬鑄造技術(shù)傳統(tǒng)，對(duì)周邊地區(qū)產(chǎn)生了強(qiáng)烈影響，這點(diǎn)從中原與周邊地區(qū)先秦時(shí)期青銅器和戰(zhàn)國(guó)秦漢時(shí)期鐵器的生產(chǎn)和使用等各方面可以找到充足的證據(jù)。
古代中國(guó)創(chuàng)造的冶鑄文化，在世界冶金技術(shù)及人類文明的發(fā)展史上具有重要地位。中國(guó)古代冶金技術(shù)這種“引進(jìn)—吸收—再創(chuàng)造—反饋”的發(fā)展歷程體現(xiàn)了兼容并蓄、海納百川的中華文明特質(zhì)，也是我們研究古代冶金技術(shù)的魅力所在。
