第二章 中国传统科学技术的奠基 第一节 “炉火纯青”话冶铜

“炉火纯青”是我们常用的一个成语,用来比喻功夫达到纯熟完美的境地。而关于“炉火纯青”的来源,现在通用的一般辞典都说是来源于道家炼丹成功时火焰发青,有的还加注了“迷信”二字。实际上这一说法是不对的。

成书于春秋末期的《考工记》中,有一段关于观察火焰颜色的变化,以判定青铜冶炼进程的记载,说在冶炼青铜时,铜料与锡料中会先冒黑浊的气,“黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青白次之;青白之气竭,青气次之,然后可铸也。”近代科学证明,金属加热时由于蒸发、分解、化合等作用,会产生不同颜色的气体。冶炼青铜时,原料中所附着的碳氢化合物会燃烧,产生黑浊的气体,随着炉温的升高,原料中所含的氧化物、硫化物等杂质会产生黄白、青白之气,到只冒青气的时候说明杂质基本去除,青铜已经炼成,可以浇铸了。由此可见,“炉火纯青”应是来源于青铜冶炼,而不是炼丹。它是一种经验性的总结,是科学的,而不是迷信。当然,在能用青气判断青铜炼成时,冶炼技术已经相当成熟了。这个经验是经过漫长的岁月,通过无数的生产实践才取得的。

我国大约在四五千年前的新石器时代晚期开始利用铜。考古发现表明,当时已能用冷锻工艺加工天然红铜,并有了初始的青铜冶铸技术。到了商代,青铜冶铸技术已臻于成熟,春秋战国时期更有进一步的发展。人们可以从出土的大量精美的先秦青铜器,例如重达875公斤的司母戊鼎,湖北随县出土的大型编钟等,看到当时青铜冶铸技术所达到的高超境界。

从世界范围看,古代美索不达米亚人大约于9000年前开始利用自然铜,6000年前有了铜的冶炼,5500年前有了青铜;古埃及大约于7000年前开始炼铜,5000年前有了青铜。相比之下,中国对于铜的利用要晚得多。但中国不像其他古文明地区那样,经过长期炼制红铜的历程,而是在红铜加工出现不久就开始冶炼青铜,并利用青铜熔点低、易于浇铸的特点,使青铜冶铸技术迅速发展起来,很快跨入世界先进行列,创造了举世瞩目的青铜文明。

先秦优秀青铜文明的标志,除大量青铜器外,还体现在已总结出有一定合理性的青铜合金配比规则,即按照青铜器的不同用途的性能要求,配制不同比例的青铜合金。这就是《考工记》中所记载的“金有六齐”,“金”指青铜,“齐”是合金的称谓。

青铜有铜锡合金、铜铅合金、铜锡铅合金之分,《考工记》中说的“六齐”指的是锡青铜的配比。“六齐”为“六分其金而锡居一,谓之钟鼎之齐。五分其金而锡居一,谓之斧斤之齐。四分其金而锡居一,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”。也就是青铜中的含锡量分别为16.7%、20%、25%、33.3%、40%、50%。这是世界上最早的关于合金配比的经验性总结。

近代科学分析表明,含锡量17%左右的青铜,呈橙黄色,外表美观,声响效果较佳,耐腐蚀好,正好是铸造钟和鼎之类器物所需要的。锡的含量增长,青铜硬度增加,但质地脆而易于断裂;含锡量减少,则青铜硬度下降,但韧性增加。刀、削、矢一类兵器要求有较高的硬度,故含锡量相应较高;而斧、戈、戟之类工具和兵器要求有一定韧性,以提高使用寿命,故含锡量相应偏低。铜镜需要磨光,使呈银白色光泽,要求质硬,不怕脆,故含锡量最高。由此可见,“六齐”大体上正确反映了青铜合金的配比规律。