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中国古代科技馆> 青铜冶炼

日臻完善的青铜冶炼

我国在新石器晚期,就进入了铜石并用时代。古人最初采集铜矿石,是用于提炼纯铜。纯铜因为是红色的,所以叫红铜。红铜虽然可锻并能熔铸工具,但质地不如石器坚硬和锋利,制作出来的工具刀口容易钝。同时,由于红铜溶液粘稠,流动性差,所以难以浇铸出造型复杂的大件容器。古人在提炼及使用红铜工具过程中,发现将红铜与锡、铅等金属熔融在一起,就能克服以上这些弱点,于是开始在红铜中掺进定量的锡、铅,炼制出一种青灰色的合金,这就是青铜。与红铜相比,青铜有熔点低,易于铸造;硬度大;融化后流动性好,少气泡等优点,适于铸造锋利的刀刃和细密的纹饰。

  青铜文化的出现和发展是建立在冶金设备的发展和完善基础上的。先进的炼铜竖炉是青铜冶铸业兴起的基础之一。从湖北大冶铜绿山发现的春秋时期的炼铜竖炉看,当时的竖炉由炉基、炉缸和炉身组成,在炉的前壁下部设有金门和出渣、出铜的孔洞,炉侧还设有鼓风口,整体结构已相当先进。

竖炉炉体残块 炉渣
春秋。长26.5厘米,宽10-14厘米,呈不规则形状,厚约5-8厘米,竖炉用于炼铜。主要成分:红色粘土、高岭土、铁矿粉。 西周-汉。炼铜后的残留物。主要成分:FeO、Fe2O3、SiO2。炉渣铜含量仅0.7%,从其形态分析, 流动性很好,说明当时的铜铁分离及整个冶炼技术已达到很高水平。

  在冶炼青铜的过程中,我国古代劳动人民还逐步发现了铜与锡、铜与铅的配比的改变,能够使炼制出来的青铜的属性发生变化。青铜熔点低,加进的锡越多,熔点越低。同时随着加锡量的增多,硬度也随之增高,远远超过了红铜的硬度。但是当加锡过多时,青铜反而变脆,容易断裂。后来,人们又发现在青铜中加入定量的铅,就能克服青铜较脆的弱点。通过反复的实践,到春秋战国时期,古人已经总结出配制青铜的合金规律。

  战国时代的《周礼·考工记》里对于铸造各种青铜器物的合金配比,就有比较明确的记载:"金有六齐,六分其金而锡居其一,谓之钟鼎之齐;五分其金而锡居其一,谓之斧斤之齐;四分其金而锡居其一,谓之戈戟之齐;三分其金而锡居一,谓之大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之齐;金锡半,谓之鉴燧之齐。"这里的"金"是指青铜,"齐"是剂量的意思。这段话向人们指出了合金性能和合金成分之间的关系,说明当时的人们已经完全懂得了采用不同的铜、锡配方,来改变青铜的硬度、韧性、声学性能以及磨光性能,制作不同用途的青铜器。近年来,有关人员检验了600多件古代青铜器,成分都很合理。古代没有任何分析手段,却能将青铜器的成分掌握如此精确,让人惊奇。

 

先进的采矿技术  泥范铸造