第二章 中國傳統科學技術的奠基 第一節 「爐火純青」話冶銅

「爐火純青」是我們常用的一個成語,用來比喻功夫達到純熟完美的境地。而關於「爐火純青」的來源,現在通用的一般辭典都說是來源於道家煉丹成功時火焰發青,有的還加註了「迷信」二字。實際上這一說法是不對的。

成書於春秋末期的《考工記》中,有一段關於觀察火焰顏色的變化,以判定青銅冶煉進程的記載,說在冶煉青銅時,銅料與錫料中會先冒黑濁的氣,「黑濁之氣竭,黃白次之;黃白之氣竭,青白次之;青白之氣竭,青氣次之,然後可鑄也。」近代科學證明,金屬加熱時由於蒸發、分解、化合等作用,會產生不同顏色的氣體。冶煉青銅時,原料中所附著的碳氫化合物會燃燒,產生黑濁的氣體,隨著爐溫的升高,原料中所含的氧化物、硫化物等雜質會產生黃白、青白之氣,到只冒青氣的時候說明雜質基本去除,青銅已經煉成,可以澆鑄了。由此可見,「爐火純青」應是來源於青銅冶煉,而不是煉丹。它是一種經驗性的總結,是科學的,而不是迷信。當然,在能用青氣判斷青銅煉成時,冶煉技術已經相當成熟了。這個經驗是經過漫長的歲月,通過無數的生產實踐才取得的。

我國大約在四五千年前的新石器時代晚期開始利用銅。考古發現表明,當時已能用冷鍛工藝加工天然紅銅,並有了初始的青銅冶鑄技術。到了商代,青銅冶鑄技術已臻於成熟,春秋戰國時期更有進一步的發展。人們可以從出土的大量精美的先秦青銅器,例如重達875公斤的司母戊鼎,湖北隨縣出土的大型編鐘等,看到當時青銅冶鑄技術所達到的高超境界。

從世界範圍看,古代美索不達米亞人大約於9000年前開始利用自然銅,6000年前有了銅的冶煉,5500年前有了青銅;古埃及大約於7000年前開始煉銅,5000年前有了青銅。相比之下,中國對於銅的利用要晚得多。但中國不像其他古文明地區那樣,經過長期煉製紅銅的歷程,而是在紅銅加工出現不久就開始冶煉青銅,並利用青銅熔點低、易於澆鑄的特點,使青銅冶鑄技術迅速發展起來,很快跨入世界先進行列,創造了舉世矚目的青銅文明。

先秦優秀青銅文明的標誌,除大量青銅器外,還體現在已總結出有一定合理性的青銅合金配比規則,即按照青銅器的不同用途的性能要求,配製不同比例的青銅合金。這就是《考工記》中所記載的「金有六齊」,「金」指青銅,「齊」是合金的稱謂。

青銅有銅錫合金、銅鉛合金、銅錫鉛合金之分,《考工記》中說的「六齊」指的是錫青銅的配比。「六齊」為「六分其金而錫居一,謂之鐘鼎之齊。五分其金而錫居一,謂之斧斤之齊。四分其金而錫居一,謂之戈戟之齊。三分其金而錫居一,謂之大刃之齊。五分其金而錫居二,謂之削殺矢之齊。金、錫半,謂之鑒燧之齊」。也就是青銅中的含錫量分別為16.7%、20%、25%、33.3%、40%、50%。這是世界上最早的關於合金配比的經驗性總結。

近代科學分析表明,含錫量17%左右的青銅,呈橙黃色,外表美觀,聲響效果較佳,耐腐蝕好,正好是鑄造鐘和鼎之類器物所需要的。錫的含量增長,青銅硬度增加,但質地脆而易於斷裂;含錫量減少,則青銅硬度下降,但韌性增加。刀、削、矢一類兵器要求有較高的硬度,故含錫量相應較高;而斧、戈、戟之類工具和兵器要求有一定韌性,以提高使用壽命,故含錫量相應偏低。銅鏡需要磨光,使呈銀白色光澤,要求質硬,不怕脆,故含錫量最高。由此可見,「六齊」大體上正確反映了青銅合金的配比規律。

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