古代人的冶金术——《中国古代物质文化》笔记五

炼铜

炼铜在我国出现比西方晚,但西方是红铜,与石器相比优越性并不明显,而我国用红铜加锡和铅,从而铸成青铜,熔点低,硬度大,可塑性强,质地更佳。

甘肃马家窑文化遗址出土的一件青铜刀,距今五千年,是目前我国发现的最早的青铜器。

距今四千年的夏代,河南二里头文化遗址出土的青铜礼器和铜镞,标志着中原地区是当时的文明中心。

商周时期青铜器成为权力的象征,祭祀要使用成套的礼器。

早期铸铜是浑铸法,以模制范,以范制器。山西侯马铸铜遗址的范块,都像一件件精美的工艺品。

商代的后母戊大方鼎(出土于河南安阳,过去解读为“司母戊”),重832.84公斤,器身是用浑铸法一次铸成的,再铸上鼎耳。

铸钟适宜用浑铸法,才音质纯正。

后来使用分铸法,四羊尊是代表。

中国的另一成就是发明了叠铸法,许多范叠成一套,用一个总浇口,一次可铸出上百个铸件,效率高,成本低。齐国用来铸刀币,汉代仍用这种方法铸钱。

冶铁

一般把含碳量2%~6.67%的铁称生铁(铸铁),含碳量0.1%~2%的为钢,含碳量低于0.1%的称熟铁(纯铁,锻铁),含碳量高则硬,熟铁软,生铁硬但是脆。

我国最早利用的铁是陨铁,陨铁中镍含量高。

西周末年开始炼铁,将铁矿石和木炭在炉子里加热,可以通过还原反应生出金属铁,称块炼铁(也称海绵铁,含碳量低,接近熟铁),再锻打成块炼渗碳钢。

河南三门峡虢国墓出土的玉柄铁剑(河南博物院藏),西周晚期,是我国出土最早的铁器。

春秋早期出现了铸铁,山西的天马曲村遗址出土了条状铸铁。铸铁比块炼铁纯净,并可以铸器,它的发明是冶铁技术上的一次飞跃。西方开始使用铁比我国早,但一直到14世纪还在用块炼铁,使用铸铁上比中国晚了一千八百年。主要原因是我国最先采用高炉冶铁。

炼钢

西周末年三门峡虢国墓出土了块炼铁和块炼渗碳钢,铁和钢并列出现在我国冶炼史的第一页上。

使用块炼铁渗碳增加硬度,才能成为钢,需要高温下反复锻打,费工,且不容易均匀。

西汉中期我国发明了炒钢法。将生铁在空气中加热到1200℃,半熔融状态下,撒入矿石粉搅拌,促使生铁中的碳氧化,使碳含量不断降低,最终可以得到熟铁,但如果在适当的时间停止,控制好碳含量,就可以得到钢。炒钢法使大量生产钢铁成为可能。1744年英国才开始用炒钢法,还称之为“动摇大地”的巨变。

燃料

东汉初,先于欧洲一千二百年,中国就发明了水力鼓风机——水排,明代又发明了活塞式风箱。

燃料也由木炭渐渐用煤,宋代已确实用煤冶铁。宋末开始把煤炼成焦炭再冶铁,英国使用焦炭则晚了五百年。

有色金属到明代时我国能生产七种:铜、锡、铅、金、银、汞、锌。

中国古代的冶炼技术曾长期领先,周边各族都是从中原地区学习冶炼。《汉书∙陈汤传》中说:“胡兵五而当汉兵一,何者?兵刃朴钝,弓弩不利。今闻颇得汉巧”,公元一世纪罗马的《自然史》中说:“虽然铁的种类很多,但没有一种能和中国来的钢相媲美”。但到近代却落伍了。

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