故宫景泰蓝藏品中蕴含的古代科学
景泰蓝又名铜胎掐丝珐琅，是一种釉料与金属胎体结合的工艺品。其诞生于西方，于元代后期由阿拉伯国家传入我国，且在明朝景泰年间得以迅猛发展。故宫博物院现藏景泰蓝种类丰富，包括陈设、祭祀、生活等方面的器具。它们不仅豪华高贵，而且坚固耐磨，是明清时期皇家的珍贵器物。景泰蓝的制作工艺主要有备料、制胎、掐丝、磨光、镀金等。
备料是将硼砂、长石、石英等矿物质原料混合，在高温炉中加热再冷却，并磨成粉末状，成为珐琅釉料；制胎是以红铜（紫铜）作为胎体材料，将其加工成所需形状的器物胎体；掐丝是将红铜加工成扁丝状，再掐（掰）成各种所需的图案，在高温下进行焙烧，通过银焊药与铜胎焊接；点蓝是将珐琅釉料与一定比例的水混合，然后通过吸管等工具均匀注入掐丝间隙中；烧蓝是把完成点蓝的胎体放入高温炉中焙烧，以利于珐琅釉牢固地附在胎体上；磨光是对珐琅表面打磨光亮；镀金是将金汞齐（金与水银的混合物）涂刷在珐琅表面，在炭火作用下，汞挥发，金则附在珐琅表面。
景泰蓝的制作，在材料的选择上具有科学性。珐琅釉可增加器物的机械强度、介电强度、热稳定性，还有利于器物表面的平滑及便于清洗；胎体选用红铜，主要因为红铜质地软、延展性好，便于裁剪加工成所需器型，且铜在空气中容易氧化，因而高温下很容易与珐琅釉结合，增强釉料与胎体的黏结力；掐丝可将釉面分成若干小部分，有利于增加掐丝对釉面的约束力，并限制珐琅的变形。
对于银焊药而言，清代科学家郑复光所撰《镜镜詅痴》卷四载有“钟表焊药，以银焊为良方。用菜花铜六分，纹银四分，则老嫩恰好”。这句话说明银焊药主要由菜花铜与银组成，而菜花铜由红铜与甘石（碳酸锌类矿物质）熔炼而成。因此，我国传统银焊药至少包括铜、锌、银等金属的合金，这种合金具有良好的焊接性，并有利于充分填充焊接件之间的缝隙。打磨珐琅表面可先用粗砂石对釉面初步磨平，再用细砂石去掉局部发黑及不平之处，最后用表面纹理细腻的椴木炭磨出亮光。金的化学性质极其不活泼，无论是常温还是高温，均不会发生氧化，镀金有利于防止景泰蓝制品的氧化，使之更耐久、美观。
景泰蓝制作的科学性，还表现在不同材料的熔点温度在制作的各个阶段得以科学运用。在备料阶段，原料多为天然矿物晶体，其熔点温度不一，在高温炉中加热这些原料时，一些熔点低的原料先熔解，并形成低共熔混合物，该混合物再去熔接熔点较高的晶体。当原料被加热至1300摄氏度左右再冷却时，便形成了半透明的玻璃体，其被研磨成粉末状后，即成为珐琅釉料。
在掐丝阶段，铜掐丝、铜胎体多为红铜，熔点约为1080摄氏度，铜掐丝通过钎焊的方式焊接在铜胎体上，钎料多为青铜。青铜是铜锡合金，根据合金定律，其熔点（约为850摄氏度）要低于红铜，因此在850摄氏度左右的高温炉中，青铜熔化并将掐丝牢固地黏结在铜胎体上，而掐丝、铜胎体不受该温度影响。需要说明的是，钎焊是我国古代常用的焊接方法，其主要做法是，钎料在高温下进入液态后，填充焊件之间的间隙，使得焊件之间得以连接。
在烧蓝阶段，珐琅釉料已变成玻璃态物质，在约650摄氏度左右即出现软化，具有一定流动性。因此，在800摄氏度左右的高温炉中熔烧釉料，铜胎不会变形，但是珐琅料会变软、变稠，因此在冷却后能够牢固地附在铜胎上。
在镀金阶段，由于汞的沸点约为357摄氏度，而金在超过1000摄氏度时才熔化，因此只需在400摄氏度左右的炭火下烘烤，汞就会挥发，使得金层牢固地附在珐琅面层。
色彩丰富而又绚丽的珐琅，也离不开着色剂的科学运用。在制作珐琅釉时，在原料中掺入不同的金属氧化物，金属离子具有的颜色使得珐琅呈现所需要的釉色。铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）、钴（Co）等离子作为着色剂时，可使釉料分别呈现黄褐、绿、紫、蓝色。珐琅着色剂的应用原理是釉料中的金属氧化物在高温作用下，离子组成方式发生改变，使得其吸收波长发生变化，因而穿过釉料的光呈现出特定的颜色。釉料氧化物的含量变化，可调整釉料颜色的明度和纯度。此外，两种或两种以上的金属氧化物在高温下混合时，还会产生新的色彩。古人在长期的实践中，获得了产生不同呈色效果的矿物质，如赭石含三氧化二铁（Fe2O3），铜矿渣含氧化铜（CuO），钴土矿含氧化锰（MnO）、氧化钴（CoO）等。通过对上述矿物质的适当处理，即可用于珐琅釉的呈色。
故宫景泰蓝藏品精美绝伦，工艺历史悠久。它们不仅是东西方文化交流的见证，更能反映出我国古代珐琅料的烧制、金属加工与焊接、镀金等技术的科学运用。
（周 乾 作者系故宫博物院研究馆员）