七十八、关于火药

黄气臭而毒”，可以配制致毒药剂。又如《武备志制火器法》中说，“柳枝灰、茄秕灰最轻而易引火”，能配制容易引燃的火药；　“飘灰、蜂窝灰则又轻”，能配制极易引燃的火药；用葫芦灰能配制燃烧猛烈的火药，用箬叶灰能配制爆裂的火药。

    在火药中加入其他原料组成的火药配方更多，仅在《兵录火攻药性》中就记载了50多个。例如，加入金针、硇沙、制铁子、磁锋等物，配制成使人肌肉腐烂的“烂火药”；加入草乌头、芭豆、雷藤、水马等物，配制成使人说不出话来的“见血封喉药”；加入江子常山、半夏、川黄等物，配制成使人昏迷不醒的“喷火药”；加入桐油、豆粉、松香等物，配制成烧夷敌军粮草和营寨的“飞火药”；加入头发、铁汁、巴油等物，配制成焚烧敌军革车、皮帐的强烧剂；加入猛火油等物，配制成得水愈炽能燃烧湿物的水战用火药；加入九尾鱼脂等物，配制成因风蔓延的燃烧剂；加入狼粪等物，配制成昼发烟、夜发光的报警焰火；加入江豚骨、江豚油、狼粪、艾肭等配制的“逆风火药”；分别加入青黛、铅粉、紫粉、木煤后，配制成能发出青烟、白烟、紫烟、黑烟等报警火药。

    在《武备志》稍后，公元1637年出版的《天工开物》中的《佳兵篇》所载的《火药料》中，把其区分为直击的火药和横击的火药，相当于发射和爆炸的概念。说直击的火药是硝九、磺一的比率，横击的火药是硝七、磺三的比率。这说明，这时的火药成份已较单纯，人们对发射用火药和爆炸用的火药的组配规律，已经确实地掌握了。

    明代火药的配制工艺也有了极大的进步，其主要包括对原料的精选、提炼及配制、检验等方面。

    硝是配制火药的主要原料，它的纯度对火药威力的影响很大。明代制硝的工艺流程分为三步。第一步是将天然硝石放在没有杂质的淡水中溶解，把其中的泥沙等颗粒性杂质沉淀并剔除。第二步是用一定数量的鸡蛋清、红箩卜等吸附物放入硝溶液中多次煮沸，吸附其中的渣滓及盐碱等成份，然后用笊篱将吸附物捞出。第三步是将水胶放入硝液中再次煮沸，尔后将硝液倒入瓷瓮中冷却凝固，使废水浮在瓮上，泥末沉于瓮底，纯硝居于中央，最后去水除渣，取出纯硝晒干。经过上述工艺流程，每百斤天然硝大致只能提炼出30斤纯硝。这种纯硝呈白色结晶，。

    硫磺是一种快速燃爆物，它纯度对火药爆发力的影响很大。明代硫磺的提炼工艺流程分为四步。第一步是将硫块捣碎，拣去沙粒、杂物。第二步是将捣碎的硫磺放入锅中加淡水煮沸，去除杂质，倒入瓮盆内沉淀一天后，将沉淀物剔除，取得粗硫。第三步是按10斤硫磺倒入2.5斤牛油和1斤麻油的比例，进行煎煮，使油不粘糊硫磺，再用柏叶加入锅中与硫磺同煮，吸去锅中成黑色的渣滓。第四步是将去渣的粗硫放入沸油中煎煮，待油面泛起黄沫后，放入盆中冷却，最后除去面上的黄沫和杂质，取出无渣滓、去油性的纯净硫磺，这种硫磺呈柠檬色块状结晶。

    木炭粉是火药中的助燃物，其质量优劣能影响火药的燃烧速度。焙制木炭时，最好选用清明前后的柳条，因为此时的柳条叶芽将萌未萌，养分集中在柳条上。如果将这种枝直条匀的柳条取下，去皮除节，自然封干，尔后再焙制成炭，碾成粉末。用这种木炭粉配制的火药，因木炭的去皮而无烟，去节而无树脂，从而提高了燃烧速度和的各向均匀性，增强了瞬时爆发力。

    5、配制火药的工艺流程

    配制火药的工艺流程共四步。第一步是将精选和提炼过的硝、硫、炭，按配制火药的要求，秤准份量，按配方比例，分别放入石臼或木槽中，反复捣碾多次，使之成为细末。第二步是将碾细的硝、硫、炭三种粉末，按比例混合放入木臼中，再加入量的纯水或烧酒，将混合物拌合成湿泥形态，并用木杵捣碾成千上万次。在捣碾过程中，严禁沙石杂入臼中，以免磕碰后生火成灾。当混合物将干时，加水再捣，使混合物充分匀和细腻，尔后取出日晒。第三步是对成品进行质量检查。选取一部分晒干的火药样品，放在纸上燃烧，如果迅速燃尽而纸张完好无损，则是合格制品。或者将样品放在手心中燃烧，火药燃毕而手心不觉热者，说明成品燃速快，是合格制品。反之，如果火药燃毕后在纸上留有黑心白，或手心感到烧灼者，则为不合格制品，需要反工再次捣碾，直到合格为止。其四是筛选合格药粒，赵士祯在写成于公元1598年（明神宗万历二十六年）的《神器谱》中说：火药的颗粒，“粗大者不用，下细者不用，止取如粟米一般者入铳”，说明当时对火药颗粒大小与火药燃烧速度的关系，已经有了深刻的认识。将经过检验合格的药块破碎成粒，用粗细不同的箩筛，分别筛出大铳（炮）、佛郎机和鸟铳所用的大中小各种火药粒，不成粒状的可以用作火门引火药，剩下的细粉末全部剔除。这种按枪炮口径和药室大小，选用相应档次的粒状火药的目的，既是为了提高发射威力，也是为了保证发射时的安全。

    中国古代火器的发展自18世纪初叶逐渐衰萎，清代在第一次鸦片战争前所用的火药，大体仍按明代火药配制理论和技术，采用人工操作的办法配制而成。而同期西方工业革命，极大地促进了火药和火器技术的发展。

    清军在第一次鸦片战争中战败后，清朝一些统兵将领导和火药研制人员，发现了旧制火药的不足。为了改良火药性能，进行了大量改进配制工艺的试验，将提炼硝的次数从一次增加到三次，尔后按硝8斤，硫磺粉1斤2两、炭粉1斤6两的配比份量，放在石臼中，用槐榆木制的坚木杵捣拌成千上万次，制成组配比率为硝　76%、硫10.7%、炭13.3%的发射火药。经对比试验，和英军发射药的性能基本相当。

    中国古代火药发明后，在军事使用中在不断地改进和提高。其发展规律是：配制上由没有严格比例到有一定比例；成份上庞杂到简单、纯净；形状上由粉末到颗粒。火药的燃烧、爆炸和发射三种性能，也逐渐被应用到火器中去。

    三、火药的发明者

    火药由我国古代著名的炼丹家葛洪发明，他和孙思邈曾在洛阳长期逗留过，他们生活在隋代和唐代早期，京兆华原(今陕西省耀县)人。他博涉经史百家学术，通达道经佛典，总结了唐以前的临床攻理论，收集方药、针炙等内容，编著为《千金要方》、《千金翼方》等书，在医学上有较大贡献，被后世尊为“药王”。他不仅是伟大的医药学家，而且是著名的炼丹家，自号“孙真人”。他是总结以前炼丹家经验基础上收集河洛地区和关中地区炼丹家的配方，最后提出硫磺伏火法这种较为管用的配方。他老人家有一天不晓得抓了些什么硫、硝、炭的东西就爆炸了，所以我们今天才有了火药。火药是中国古代炼丹家在炼丹过程中发明的。人类最早使用的火药是黑火药，它是我国劳动人民在一千多年前发明的。它的发明，闻名于世，被称为我国古代科技的四大发明之一，在化学史上占有重要的地位。总之，火药的发明与传播，和孙思邈有着千丝万缕的联系。

    四、火药的应用

    火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技——药发傀儡宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效!

    1、唐朝时的火药

    火药发明之前，火攻是军事家常用的一种进攻手段，那时在火攻中，用了一种叫做火箭的武器，它是在箭头上绑一些像油脂、松香、硫磺之类的易燃物质，点燃后用弓射出去，用以烧毁敌人的阵地。如果用火药代替一般易燃物，效果要好得多。火药发明之前，攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球，来消灭敌人。火药发明之后，利用抛石机抛掷火药包以代替石头和油脂火球。据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。

    2、两宋时的火药

    到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。

    火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。《武经总要》中记录的早期火药兵器，还没有脱离传统火攻中纵火兵器的范畴。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。

    硝酸钾、硫磺、木炭粉末混合而成的火药被称为黑火药或者叫褐色火药。这种混合物极易燃烧，而且烧起来相当激烈。如果火药在密闭的容器内燃烧就会发生爆炸。火药燃烧时能产生大量的气体（氮气、二氧化碳）和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。《金史》对震天雷有这样的描述：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎并无迹，甲铁皆透”。这样的描述可能有一点夸张，但是这是对火药威力的一个真实写照。

    火器的发展有赖于火药的研究和生产。《武经总要》中记录了三个火药配方。唐代火药含硫、硝的含量相同，是1比1，宋代为1比2，甚至接近1比3。已与后世黑火药中硝占四分之三的配方相近。火药中加入少量辅助性配料，是为了达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。火药是在制造和使用过程中不断改进和发展的。

    1044年曾公亮主编的《武经总要》一书中介绍了三种火药配方，以不同的辅料，达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕的不同目的。

    宋代由于战争不断，对火器的需求日益增加，宋神宗时设置了军器监，统管全国的军器制造。军器监雇佣工人四万多人，监下分十大作坊，生产火药和火药武器各为一个作坊，并占有很重要的地位。史书上记载了当时的生产规模：“同日出弩火药箭七千支，弓火药箭一万支，蒺藜炮三千支，皮火炮二万支”。这些都促进了火药和火药兵器的发展。

    南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火枪。火枪是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火枪二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火枪，突火枪是用粗竹筒作的，这种管状火器与火枪不同的是，火枪只能喷射火焰烧人，而突火枪内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火枪开创了管状火器发射弹丸的先声。现代枪炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。

    突火枪又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。

    3、明代的应用

    明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙**出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。

    五、探索火药发明之谜

    据史书记载，我国古代的炼丹家在长期的炼制丹药过程中，发现硝、硫磺和木炭的混合物能够燃烧爆炸，由此诞生了中国古代四大发明之一的火药。公元808年，唐朝炼丹家清虚子撰写了《太上圣祖金丹秘诀》，其中的“伏火矾法”是世界上关于火药的最早文字记载，中国学术界由此认为火药的发明不迟于公元808年。但作为火药最主要的原料——硝的熬制地点在哪里，一直困扰着从事此项研究的专家。

    由四川省川西北地质工程勘察院、北京华城九洲文化研究所、四川省绵阳市文物局等单位组成的“中国古代火药原料科学考察探险队”，对老君山进行了为期5天的实地考察。发现老君山地区有朝阳洞、天雨洞、高官洞等十几个人工开凿的山洞，其洞深在数百米至近十公里不等。考察队在朝阳洞等山洞中，发现了排列有序的用来生产的硝池，以及堆积如山的下脚料、废弃物和生活用的灶台等。其中烟子洞宽约60米，高达50米，在长约１公里的山洞内，人为形成了4处数百平方米的工作面，每个工作面均有几个硝池和大大小小的灶台，洞内还散落着大量破碎的明朝以前的瓷器。

    专家们通过对山洞内的硝池、灶台、水槽的考察，认为当时提炼硝的技术已经相当成熟，并初步推算出一担土可以提取8两至12两硝。此外，灶台口径小的0.6米，大的1.5米，大灶台可以满足100多人一天的伙食。

    “考察组的专家已初步确认：老君山的这些洞穴是为了采硝而开凿，时间不会迟于清代以前。”考察队组织者之一、北京古代建筑博物馆原馆长徐向东介绍说，“我们发现老君山是与火药发明有关的文物富集区，是我国迄今为止发现的规模最大的火药原料基地，这对于彻底弄清古代火药的发明和生产过程具有重要意义。”

    专家们通过对老君山周边环境及文化的考察，发现重华镇物产有限，交通不便，却汇集了江西、广东、福建、湖北、湖南、陕西、浙江等省的会馆，有的会馆至今保存完好。专家们一致认为，极有可能是经营硝的各省客商云集在这里，并建起了各省的会馆。在这些会馆的旁边，至今还有一条名为“火炮街”的古街，当地居民说这条街古代是经营火药原料和爆竹的。

    专家们还认为，四川是中国本土教道教的发祥地，两汉前后道教炼丹盛行，火药又是道教的发明，而老君山的深山密林中至今有宋代修建的４座道教教观，这其中一定有必然的联系。而作为火药基本原料的硝、木炭、硫磺，在当地也都一应俱全，具备了火药生产的基本条件。

    徐向东称，国家文物局专家组组长罗哲文在看了探险队的文字考察报告和照片后，认为“这是一个重大发现，能找到火药发明的物证的话，太令人振奋了”。国家文物局文研所所长荣大为同样认为“这是重大发现，意义深远，一定要做好保护工作”。如果经过进一步考察论证，老君山就是中国火药的发明地，并且是中国历史上规模最大的火药原料开采地，那将是中国和全世界考古界的最为重大的发现之一。

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