印度的炼锌技术早于中国。它的蒸馏罐为倒置,罐颈细长,穿过隔板下伸而起到冷凝器的作用,使锌凝集于下方的容器中。据此可知,印度的传统炼锌术是采用下冷凝式,中国则使用上冷凝式,其技术渊源不同,属于两种工艺体系,有可能是各自独立发明的。锌在十六世纪传入欧洲。据埃契森称,1745 年有一批锌锭从广州运往瑞典,货船沉没于哥德堡港。1842 年左右,部分锭材被打捞出来,证实其为纯度98.99 的锌锭。英国于1738 年用下冷凝式炼锌,可能是受到印度炼锌术的影响。但中国锌锭的长期出口,无疑也对欧洲炼锌业的兴起产生着推动作用。
黄铜是铜和锌的合金。明自嘉靖时开始大量铸钱,《明会典》载:“嘉靖中则例,通宝钱六百万文合用二火黄铜四万七千二百七十二斤”,“嘉靖三十二年,铸洪武至正德九号钱,每号百万锭,每锭五千文;嘉靖钱千万锭,每锭五千文”。可见黄铜用量之大。先前多用炉甘石点化红铜得到黄铜。如清初顾祖禹《读史方舆纪要》载:“宁州水角甸山,在州东百三十里,地名备录村,产芦(炉)甘石,旧封闭。嘉靖中,开局铸钱,取以入铜,自是复启。”但这种方法存在一些问题。如《天工开物·五金》载:“后人因炉甘石烟洪飞损,改用倭铅。每红铜六斤,入倭铅四斤,先后入罐熔化。冷定取出,即成黄铜,唯人打造。”又载:“凡铸器,低者红铜、倭铅均平分两,① 周志宏:《中国早期钢铁冶炼技术上创造的成就》,《科学通报》1965 年第2 期。甚至铅六铜四;高者名三火黄铜、四火熟铜,则铜七而铅三也。”有学者据明嘉靖年间成书的《三元大丹秘苑真旨》所述福建出产“白气倭铅”,河南出产“青气倭铅”,山西出产“黄气倭铅”,认为《宣德鼎彝语》所载“倭源白水铅”和“倭源黑水铅”为中国自产的金属锌①。还有人对明代钱币作了测试,发现天启后的钱币含镉量有明显增大,认为系蒸馏法炼锌所致,据此可将中国以单质锌配制黄铜用以铸钱的时间定在天启元年(1621)②。当然这还需要进一步寻找证据,但由此可见,铜锌合金的配制与使用逐渐进入成熟阶段,且广泛用于钱币和各种器件的铸造与锻制。这在冶金史上是具有重要意义的。
大型金属铸件1.兰州铁柱。明洪武五年到九年(1372—1376)造。供黄河浮桥缚系铁缆之用,南北岸各立两根。现存两根柱长6.3 米,直径0.6 米,重约14 吨。2.永乐大钟。铸于明永乐十八年(1420)前后,现存北京大钟寺。高近7 米,口径33 米,重约46 吨。钟体内外铸有经文22 万余字。大钟合金成份为:铜80.54%、锡16.4%、铝1.12%,钟体铸型由七段铸范和泥芯组成,蒲牢先铸,于浇铸钟体时铸接成一件,浇注用槽注法①。
3.武当山金殿。位于武当山主峰天柱峰巅,建于明永乐十四年(1416),为现存最大的铜建筑物。重檐庑,殿式仿木结构,高5.5 米,宽5.8 米,进深42 米,全部用铜构件由榫卯装配而成。
除正面门扇外,构件表面均鎏金。类似的铜建筑物有北京万寿山铜殿、五台山铜殿、昆明铜殿等。
这些大型金属铸件,在铸造技术和生产规模方面,都可说是领先于世界的。
① 赵匡华:《中国历代“黄铜”考释》,《自然科学史研究》1987 年第4 期。② 周卫荣:《中国古代使用单质锌黄铜的实验证据》,《自然科学史研究》1994 年第1 期。① 朱彝尊:《日下旧闻考》;吴长元:《宸垣识余》;夏明明:《明永乐大钟》,《北京考古与文物》1982年。
第六节机械明代前期,我国机械工程技术依然保持着较高的水平,这集中地反映于宋应星所撰《天工开物》中有《乃粒》、《粹精》、《甘嗜》、《膏液》、《乃服》、《冶铸》、《锤锻》、《舟车》、《佳兵》诸篇有关各类机械、机械制造工艺的记述中。诸如以性能良好,功效卓越著称的连机水碓和活塞式风箱;失蜡铸造、锻焊、生铁淋口、渗碳热处理等先进而实用的技艺,都在中国古代机械发明史上占有重要的地位。又如造糖车(即双辊式压榨机)和利用尖劈原理工作的油榨,以其构造简单、效率较高且坚牢可靠,直至近代仍广为使用。
《天工开物》所载纺织机械中的缫车和赶车(双辊式脱棉机械)也都很有特色,在促进纺织业发展中起着重要作用。特别是其中的提花机为古文献中最具体完整的记载,原文称:“凡花机通身度长一丈六尺,隆起花楼,中托衢盘,下垂衢脚。..提花小厮坐花楼架木上。机末以的杠卷丝,中用叠肋木两枝,直穿二木,约四尺长,其尖插于筘两头。”著名的云锦、蜀锦都是用这类花机织成的。在提花技术中,结花本尤为复杂,起着关键的作用。通过结花本,使成千上万根经线,按设计图案的要求,有规则地交互上下提综,几十种结线有序地横穿排列,从而构成一整套花纹记忆装置。结好花本,上机起织,织工和挽花工相互配合,就能织出合乎设计要求的复杂图案与纹饰。这在技术思想上是非常卓越的,其进一步发展便是其后出现的打孔操作以及现代的程序控制。
明初詹希元所创五轮沙漏,见于《明史·天文志》:“[詹希元]以水漏至严寒水冻辄不能行,故以沙代水。然沙行太疾,未协天运,乃以斗轮之外复加四轮,轮皆三十六齿。”在宋濂《宋学士文集·五轮沙漏铭》一文中,对沙漏的形制、轮系的配制有更详细的记载。《明史·天文志》又载:“厥后周述学病其窍太小而沙易堙,乃更制为六轮。其五轮悉三十齿,而微裕其窍,运行始与晷协。”周述学对五轮沙漏做了改进。以沙代替水作为传递运动的介质,这一构思颇为巧妙,而其齿轮系的结构方式也已和其后的西洋时钟轮系相近似。
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