什么叫失蜡法铸造呢?

提起中国古代的技术发明,人们首先想到的肯定是四大发明。可你是否知道,早在2500多年前的春秋战国时代,勤劳智慧的中国人就已经发明了一种非常高端的制造技术。这种技术不仅塑造出了绚烂多姿的中华文明,还直接推动了20世纪航空科技的进步和发展。

这种技术的名字,就叫做失蜡法铸造工艺

那么什么叫失蜡法铸造呢?要讲清这个,咱们需要先从一件特殊的古代文物说起。

曾侯乙尊盘

一个像"方便面"的青铜器

假如你去一趟坐落在武汉的湖北省博物馆,一定会看到一件非常惊艳的青铜文物,它的名字叫曾侯乙尊盘。 这件文物出土于湖北随州的曾侯乙墓,和著名的曾侯乙编钟一样,它也是属于2400年前曾国君主曾侯乙的一件陪葬品。

这件青铜器有一个很特殊的地方,就是它的四周都是由繁复而精美的镂空纹样构成。这些纹样细密而又交错,复杂而又多变,如果凑近了看,非常像一包卷曲的方便面。

 

镂空青铜纹饰

然而我们要知道,这些镂空的纹样可都是用青铜制成的。两千多年前的中国人,是用了一种什么方法,将质地坚硬的金属制作出如此精美而复杂的纹样的呢?

答案显而易见,就是失蜡法铸造。

众所周知,从商代开始,中国人就已经掌握了青铜器的铸造技术。所谓铸造,就是用沙土或者陶土制作一个模(在古代叫做陶范),在陶范的中间形成一个空腔。然后将融化了的铁水灌入这个空腔中,等铁水冷却下来以后,拆去外层的陶范,冷却的铁水就凝固成了和空腔形状一样的金属器物。

 

陶范

可以看出,陶范是铸造工艺的关键,只要制作出陶范中间的空腔,就可以做出任何形状的青铜器物。但是,陶范毕竟是泥土烧制成的,里面的空腔形状很难做成太复杂的形状。这也就导致了传统的铸造工艺只能用来制作形状比较规则和简单的器物,比如一个青铜大鼎,或者一枚简单铜钱。而曾侯乙尊盘上的"方便面"纹饰,由于是镂空的结构,而且又如此的细微和复杂,所以是根本不可能用传统的陶范铸造工艺制作出来的。

那么,失蜡法铸造又是如何解决这一难题的呢?

不得不说,我们的老祖先的确非常的聪明,在遥远的东周时代,他们就已经具备了丰富的想象力和创新精神。为了形成更加复杂而精细的陶范空腔结构,他们采用了一种特殊的东西,这就是蜂蜡

失蜡法铸造,就是先用蜂蜡做成器物的真实模型,然后用陶土填充蜡模的内腔并敷裹外面的陶范,然后,将这件陶范放在火上面烘烤。蜂蜡有一个特点,就是它的熔点很低,在受热后会迅速的熔化并流失,那么在陶范的中心就会留下一个与原来蜂蜡模型一模一样的空腔。这时候,将青铜溶液灌入陶范,溶液填充了空腔,冷却之后,就变成了与蜂蜡模型同样形状的青铜器物。

 

一件镂空青铜器的蜂蜡模型

而由于蜂蜡是柔软的材质,非常适合塑形和雕刻,所以可以先用蜂蜡做出各种复杂精细甚至镂空的造型,进而利用其易熔化的特点,制作出各种造型的陶范空腔。

2500年前的中国人,正是利用了这种技术,制作出了这件"方便面"一样镂空而又复杂的曾侯乙尊盘。看到这里,我们不得不为祖先们的智慧鼓掌喝彩,他们以自己勤劳的双手和丰富的想象力,在世界其他地方的人还在茹毛饮血的年代,就创新出了一项影响后世数千年的伟大发明。

时间跨越了两千多年,这项古老的技术一直在流传和应用,它不仅影响了中国,也影响了全世界。

在二十世纪四十年代,航空技术在西方蓬勃发展,但是西方人在制作航空发动机时,却遇到了一些技术难题。由于航空发动机的叶片、叶轮和喷嘴等零件的形状很复杂,尺寸要求很精确,表面要求很光洁,而且其材料是非常难以机加工的耐热合金零件,因此用传统的工艺很难制造出来。他们亟需一种精密成型的一种制造工艺,来实现航空发动机零件的特殊要求。

 

后来,有一个名叫奥斯丁的美国工程师来到了中国,他在一次旅行中,偶然看到了当地的村民使用失蜡法铸造出了一口纹饰精美的大钟。奥斯丁非常惊讶于这种古老而又先进的铸造工艺,受到启发的他回去后就采用失蜡法尝试进行航空发动机涡轮叶片的铸造。他惊奇地发现,采用失蜡法铸造出的涡轮叶片,无论是外观尺寸的精准还是使用寿命的长短,均比传统的锻造和铸造工艺大幅提升。

谁能想到,一种中国古老而又先进的铸造技术,却解决了西方航空发动机的技术瓶颈,推动了20世纪世界航空工业的发展。

二战结束之后,奥斯丁给失蜡法起了个新的名字,叫做"熔模铸造技术",并且将这种技术申请了专利。随着战后经济的飞速发展,失蜡法铸造也迎来了突飞猛进的进步,在各个行业领域的应用面越来越广。到了今天,这种起源于中国春秋战国时期的古老技术,已经广泛地运用于航空、汽车、机床、船舶、内燃机、电子仪器、兵器、医疗器械等各个领域。

不难发现,失蜡法铸造与四大发明相比起来,不仅时间更加久远,而且对现代科技的提升有更大的推动作用。

今天的中国人有充分的理由为祖先的灿烂文明骄傲和自豪,但与此同时,或许也应该深深的反思一下:为什么我们的老祖宗这么有创新精神,而现在的我们却如此的受困于创新和研发呢?