黄铜耐火碱吗,石墨坩埚耐高温多少?
石墨坩埚最高温度可以达到1800摄氏度并且可以长期使用,但是一般石墨坩埚都是在1300摄氏度以下使用的。
石墨坩埚主要用来熔炼紫铜、黄铜、金、银、锌和铅等有色金属及其合金。石墨坩埚以天然鳞片石墨为主体原料,以可塑性耐火粘土或炭质为粘结剂加工而成,具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好,使用寿命长等特点。在高温使用过程中,热膨胀系数小,对急冷、急热具有一定抗应变性能。
生产水玻璃用什么坩埚?
一般使用石墨坩埚,性价比最高
石墨坩埚,又称熔铜包、熔铜等,是指以石墨、粘土、硅石和腊石为原料烧制而成的一类坩埚。石墨坩埚主要用来熔炼紫铜、黄铜、金、银、锌和铅等有色金属及其合金
石墨坩埚以天然鳞片石墨为主体原料,以可塑性耐火粘土或炭质为粘结剂加工而成,具有耐高温、导热性能强、抗腐蚀性能好,使用寿命长等特点。
炼钢中装钢水的金属容器为什么不会融化?
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炼钢中,装钢水的金属容器叫钢包。钢包也叫盛钢桶是冶金工业的重要容器件,起着储存、转运钢水的作用,同时还要进行炉外精炼的双重任务。
钢包的分类根据目前常见的钢包可以将钢包分为以下几种:
根据钢厂冶炼工艺不同可以分为:转炉钢包、电炉钢包;
b根据冶金作用可以分为:普通钢包、精炼钢包;
c根据材料及施工方法不同可以分为:浇注钢包、砖砌钢包;
d根据容量大小不同可以分为:50t以上的为大钢包、50t以下的为小钢包。
钢包的结构1.保温层:保温层紧贴壳体钢板,其作用是保温剂防止钢包外壳变形。为降低包壁内衬的热传导率,通常在钢包永久层与包壳体间铺砌保温层。
2.永久层:永久层的作用是当工作层耐火材料局部侵蚀掉或侵蚀到很薄时,防止漏穿的钢水烧坏金属壳,提高钢包金属壳体的使用寿命,最大限度的使用工作层内衬提高钢包的使用寿命。
3.工作层:工作层耐火材料直接接触钢水与钢渣,承受着钢水与钢渣的机械冲刷及高温化学侵蚀。工作层在钢包内衬中的最主要一层,钢包的寿命高低取决于工作层耐磨材料的材质、砌筑水平以及钢水与钢渣对此层机械冲刷、化学侵蚀的程度。
钢包的工作环境钢包用耐火材料工作层耐火材料:工作层使用镁铝碳砖,厚度110~120mm。以高熔点碱性氧化物氧化镁(熔点2800℃)和难以被炉渣侵润的高熔点碳素材料作为原料,添加各种非氧化物添加剂。用炭质结合剂结合而成的不烧碳复合耐火材料。镁碳砖主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬,钢包的渣线等部位。
钢包不融化的原因因为耐火材料的温度远远高于液态金属的温度,因此钢包不会融化。钢包中的隔热层、永久层均可起到减小热量传递的功能,因此虽然包内钢水温度未1700℃,但钢包外壳温度也就300℃左右。具体温度变化见下图。
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甭想了!紫铜(青铜)熔点比黄铜都高,我们都是在用耐火砖砌成的炉子里用焦炭加上鼓风机吹入充足的空气,半个小时才弄化的.如果真需要熔化,量大的话就用焦炭火试试,量小的可以使用氧气焊的火焰加上硼砂!
陶瓷在化学方面有何作用?
化学性质:钠钙玻璃易水解 耐高温
常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素所组成的化合物,如硼和硅的碳化物和氮化物。
根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。此外,近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。
2氧化物陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主,存在部分共价键,因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点,良好的电绝缘性能,特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性,在上程领域已得到了较广泛的应用。
2.1氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷又称刚玉瓷,一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂的不同,有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷,85瓷,95瓷,99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。
Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;A1203陶瓷与大多数熔融金属不发生反映,只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫酸能溶解A1203,热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用;A1203陶瓷的蒸汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性,可广泛地用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套,输送酸的管道内衬和阀门等。
氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等特点,因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。
A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。
透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性,同时具有高温强度高、耐热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。
2. 2氧化锆(Zr02)陶瓷
Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。根据所含相的成分不同,Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02陶瓷。
2. 2. 1稳定Zr02陶瓷
稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成,其耐火度高、比热与导热系数小,是理想的高温隔热材料,可以用做高温炉内衬,也可作为各种耐热涂层。
稳定Zr02陶瓷化学稳定性好,高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀,但不能抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应,可以用来作为熔炼这此金属的坩埚。
纯Zr02是良好的绝缘体,由于其明显的高温离子导电特性,可作为2000℃使用的发热元件,高温电极材料,还可用作产生紫外线的灯。
此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性,可制成氧气传感器,进行氧浓度的测量。
2. 2. 2部分稳定Zr02陶瓷
部分稳定Zr02陶瓷由t c双相组织组成,具有非常高的强度,断裂韧性和抗热冲击性能,被称为“陶瓷钢”。同时其热传导系数小,隔热效果好,而热膨胀系数又比较大,比较容易与金属部件匹配,在日前所研制的陶瓷发动机中用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件。
部分稳定Zr02陶瓷还可作为采矿和矿物工业的无润滑轴承,喷砂设备的喷嘴,粉末冶金上业所用的部件,制药用的冲压模等。
另外,部分稳定Zr02陶瓷还可用作各种高韧性,高强度工业与医用器械。如纺织工业落筒机用剪刀、羊毛剪,磁带生产中的剪刀,微电子工业用工具,此外由于其不与生物体发生反应,也可用作生物陶瓷材料。
2.3 MgO陶瓷
MgO陶瓷的主晶相为MgO,属立方晶系氯化钠结构,熔点2800℃,理论密度3.58 g/cm2,在高温下比体积电阻高,介质损耗低,介电系数为9.12具有良好的电绝缘性,属于弱碱性物质。MgO对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力,与镁、镍、铀钍、铝、钼等不起作用,可用于制备熔炼金属的坩锅、浇注金属的模子,高温热电偶的保护管,高温炉的炉衬材料等。
3氮化物陶瓷
氮化物包括非金属和金属元素氮化物,他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多,但都不是天然矿物,而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)等。
3. 1氮化硅(Si3N4)陶瓷
Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小,因此具有较好的抗热震性能;在陶瓷材料中,Si3N4的弯曲强度比较高,硬度也很高,同时具有自润滑性,摩擦系数小,与加油的金属表明相似,作为机械耐磨材料使用具有较大的潜力;Si3N4陶瓷材料的常温电阻率比较高,可以作为较好的绝缘材料;Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀,也不被铅、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀;高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化,抗执化温度达1800℃。
Si3N4陶瓷可用作热机材料、切削工具、高级耐火材料,还可用作抗腐蚀、耐磨损的密封部件等。
3. 2氮化铝(AlN)陶瓷
AIN属于共价键化合物,六方晶系,纤维锌矿型结构,白色或灰白色,密度3.26g/cm2,无熔点,在2200℃2250℃升华分解,热硬度很高,即使在分解温度前也不软化变形。具有优异的抗热震性。AlN对Al和其它熔融金属、砷化稼等具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,此外,还具有优良的电绝缘性和介电性质;但AlN的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解。
AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器,也可用作真空中蒸镀金的容器、耐热砖等,特别适用于作为2000℃左右氧化性电炉的炉衬材料;AlN的导热率是A1203的2-3倍,热压时强度比Al203还高可用于高强度、高导热的场合,例如大规模集成电路的基板等。
3. 3氮化硼(BN)陶瓷
氮化硼(BN)陶瓷存在着六方与立方结构两种BN材料。
3.3.1六方BN
六方BN具有自润滑性,可用于机械密封、高温固体润滑剂,还可用作金属和陶瓷的填料制成轴承。其耐热性非常好,可以在900℃以下的氧化气氛中和2800℃以下的氮气和惰性气氛中使用。六力BN对酸碱和玻璃熔渣有良好的耐侵蚀性,对大多数熔融金属既不润湿也不发生反应,因此可以用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩锅、器皿等部件。BN既是热的良导体,又是电的绝缘体。它的击穿电压是氧化铝的45倍,介电常数是氧化铝的1/2,可用来做超高压电线的绝缘材料。BN对微波和红外线是透明的,可用作透红外和微波的窗口。BN在超高压下性能稳定,可以作为压力传递材料和容器。BN是最轻的陶瓷材料,可以用于飞机和宇宙飞行器的高温结构材料。此外,利用BN的发光性,可用作场致发光材料。涂有BN的无定形碳纤维可用于火箭的喷嘴等。
3. 3.2立力BN
立方BN为闪锌矿结构,化学稳定性高,导热及耐热性能好,其硬度与人造金刚石相近,是性能优良的研磨材料。与金刚石相比,其最突出的优点在于高温下不与铁系金属反应,并且可以在1400℃的温度使用。
立力BN除了直接用作磨料外,还可以将其与某些金属或陶瓷混合,经烧结制成块状材料,作为各种高性能切削刀具。
4碳化物陶瓷
典型碳化物陶瓷材料一有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)碳化钛(TiC)碳化锆( ZrC等)、碳化物的共同特点是高熔点,许多碳化物的熔点都在3000℃以上。碳化物在非常高的温度下均会发生氧化,但许多碳化物的抗氧化能力都比W,Mo等高熔点金属好。大多数碳化物都具有良好的电导率和热导率,许多碳化物都有非常高的硬度,特别是B4C的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,但碳化物的脆性一般较大。
4. 1碳化硅(SiC)陶瓷
碳化硅没有熔点,在常压下2500℃时发生分解。碳化硅的硬度很高,莫氏硬度为9.2-9.5,显微硬度为33400MPa,仅次于金刚石、立力BN和B4C等少数几种物质。
碳化硅的热导率很高,大约为Si3N4的2倍;其热膨胀系数大约相当于A1203的1/2;抗弯强度接近Si3N4材料,但断裂韧性比Si3N4小;具有优异的高温强度和抗高温蠕变能力,热压碳化硅材料在1600℃的高温抗弯强度基本和室温相同;抗热震性好。其化学稳定性高,不溶于一般的酸和混合酸中。
氧化物、氮化物结合碳化硅材料已经大规模地用于冶金、轻工、机械、建材、环保、能源等领域地炉膛结构材料、隔焰板、炉管、炉膛等;碳化物材料制备的发热元件正逐步1600℃以下氧化气氛加热的主要元件;高性能碳化硅材料可以用于高温、耐磨、耐腐蚀机械部件;碳化硅材料用于制造火箭尾气喷管高效能热交换器也取得了良好的效果;此外,碳化硅是各种高温燃气轮机高温部件提高使用性能的重要候选材料。
4.2碳化硼(BC)陶瓷
碳化硼的显著特点是高熔点(约2450℃);低比重,其密度仅是钢的1/3;低膨胀系数;高导热;高硬度和高耐磨性,其硬度仅低于金刚石和立方BN;较高的强度和一定的断裂韧性,热压B4C的抗弯强度为400-600MPa,断裂韧性为6.0MPa.ml/2;具有较大的热电动势(100 μV/k),是高温P型半导体,随B4C中碳含量的减少,可从P型半导体转变为N型半导体;具有高的中子吸收截面。
B4C所具有的优异性能,除了大量用作磨料之外,还可以制作各种耐磨零件、热电偶元件、高温半导体、宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应堆控制棒与屏蔽材料等。
5玻璃陶瓷材料
将特定组成(含晶核剂)的玻璃进行晶化热处理,在玻璃内部均匀析出大量微小晶体并进一步长大,形成致密微晶相,玻璃相填充于晶界,得到像陶瓷一样的多晶固体材料统称为玻璃陶瓷,也称之为微晶玻璃。
5. 1低膨胀玻璃陶瓷
这类玻璃陶瓷的特点是其显微组织为架状硅酸盐,主晶相分别为β一石英、β一钾辉石、β一钾霞石,具有热膨胀系数低(可为负值)、强度高、热稳定性能好、使用温度高等特点,并可制成透明和浊白两种类型。低膨胀系数对于构件尺寸稳定性及抗热震是十分有利的,所以可以用作航天飞机上尺寸稳定性要求高的零件。低膨胀玻璃陶瓷是目前生产量最大的玻璃陶瓷,广泛用来制作各种高级炊具、高温作业观察窗、微波炉盖、大型天文望远镜和激光反射镜的支撑棒,激光元器件以及航天飞机上的重要零部件。
5. 2表面可强化玻璃陶瓷
玻璃陶瓷的强度比一般玻璃要大好几倍,抗弯强度可达到88-250MPa,但在某些特殊场合仍然不能满足要求,需要进一步提高强度。由于脆性材料的破坏大多起源于表面微裂纹,可以采用在玻璃陶瓷材料表面引入压应力薄层的方法,阻止表面微裂纹的扩展,从而提高材料的强度。通常采用的两种方法有两种,一是利用表层和内部热膨胀差引入表面压应力层,二是采用离子交换引入表面压应力层。
5.3可加工玻璃陶瓷
可加工玻璃陶瓷容易机械加工的主要原因在于其主晶相为氟云母结构,已发现可加工玻璃陶瓷中的氟云母主要有3种:氟金云母、四硅氟云母和锂云母。由于云母片易于解理,这种独特的显微结构使得含云母的玻璃陶瓷可以采用普通的钻、锯或车削、磨等加工到精密尺寸。以氟云母为主晶相的可加工玻璃陶瓷,具有高热震抗力、优异的绝缘性能、高介电强度;低介电损耗。碱土云母可加工玻璃陶瓷具有较高的强韧性、更高的热稳定性(>1100℃)和绝缘性。因此,可加工玻璃陶瓷,在电绝缘、微波技术以及精密仪器和航空、航天领域具有广阔的应用前景。
如何认识和理解青铜器时代?
青铜时代(或称青铜器时代或青铜文明),在考古学上是以使用青铜器为标志的人类文化发展的一个阶段;因金属具有易腐蚀的特性,四五千年以上的青铜遗存发现往往为数不多。青铜时代必须具备这样一个特点:青铜器在人们的生产、生活中占据重要地位,偶然地制造和使用青铜器的时代不能认定为青铜时代[1]。
青铜时代是 以使用青铜器为标志的人类物质文化发展阶段。青铜是红铜(纯铜)与锡或铅的合金,因为颜色青灰,故名青铜,熔点在700~900℃之间,比红铜的熔点(1083℃)低。含锡10%的青铜,硬度为红铜的 4.7倍,性能良好。青铜时代初期,青铜器具比重较小,甚或以石器为主;进入中后期,比重逐步增加。自有了青铜器和随之的增加,农业和手工业的生产力水平提高,物质生活条件也渐渐丰富。青铜出现后,对提高社会生产力起了划时代的作用。
青铜时代处于铜石并用时代之后,早于铁器时代之前,在世界范围内的编年范围大约从公元前4000年至公元初年。世界各地进入这一时代的年代有早有晚 。伊朗南部、美索不达米亚一带在公元前4000~前3000年已使用青铜器,欧洲在公元前4000~前3000年、印度和埃及在公元前3000~前2000年,也有了青铜器。埃及、北非以外的非洲使用青铜较晚,大约不晚于公元前1000年~公元初年。美洲直到将近公元11世纪,才出现冶铜中心。中国则在公元前3000年前掌握了青铜冶炼技术。
在青铜器时代,世界上青铜铸造业形成几个重要的地区,这些地区成了人类古代文明形成的中心。在古代文化发达的一些地区青铜时代与奴隶制社会形态相适应,如爱琴海地区、埃及、美索不达米亚、印度、中国等国家和地区,此时都是奴隶制国家繁荣的时期。但是也有一些地区,没有经过青铜时代便直接过渡到铁器时代。进入文明的地区在青铜时代已经产生了文字。[7] [8] [5] [9] [6] [10] [4] [3] [2]
关于中国青铜时代的肇始时间,则众说纷纭。部分学者认为龙山文化晚期或龙山时代已进入青铜时代,年代约当公元前3000年或稍晚。因用铜遗存仅有零星的发现,并不符合上述青铜时代的特点,故可以不考虑其可能性。[11]
1980年代以降,一般把成批出土青铜礼容器、兵器、工具、饰物等的二里头文化,作为中国青铜时代早期文化。由于1980年代当时二里头文化碳素测年的数据落在公元前2080-前1580年,所以一般认为公元前2000年左右,是中国青铜时代的上限[12] 。嗣后,有研究者将西北地区的早期用铜遗存纳入青铜时代,认为存在西北地区和中原地区两大独立起源地,但在绝对年代上,仍认为二者大体在公元前2000年前后进入青铜时代[13] 。
中原地区在二里头文化之前,仅有零星的用铜遗存发现。如襄汾陶寺遗址发现有红铜铃和砷铜齿轮形器、容器残片等,但未见青铜[14] ;登封王城岗遗址曾出土青铜容器残片[15] ,新密新砦遗址曾出土红铜容器残片[16] 等。二里头文化第一期发现的铜器尚少,且均为小件器物。第二期开始出现铜铃和嵌绿松石铜牌饰等制作工艺较复杂的青铜器,第三期始有成组的青铜礼容器和兵器等出土[17] 。故就目前的考古材料而言,中原地区进入青铜时代的时间,至多是二里头文化第二期。
据《越绝书》记载,欧冶子曾应楚昭王之邀与干将(传说与欧冶子同师)一起“凿茨山,泄其溪,取铁英,作为铁剑三枚:一曰龙渊、二曰泰阿、三曰工布(一作工市)”。楚王曾引泰阿之剑大破晋郑王三军。上述记载,虽然带有传说的成分,但也足见欧氏所铸之剑之绝妙。由此可见,这时期青铜铸造技术之精湛。
就目前的认识,整个东亚大陆多地区大致进入青铜时代的时间,约当公元前1700年前后。第一批进入青铜时代的考古学文化,只有四坝文化、齐家文化晚期、夏家店下层文化和二里头文化。这些最早的青铜时代文化间的交流关系,还有待于进一步探究。
时代标志
采矿
青铜采冶业是从石器加工和烧制陶器的生产实践中渐渐被认识而产生的。
中国商代后母戊大方鼎
最早的采矿业是从地表挖掘开始找矿的。当他们发现矿脉或矿带向深部延伸的规律时,人们创造了从地面向地下挖掘竖井,并由竖井底部向四周开拓巷道以寻找矿石和采掘矿石的方法。有时人们在巷道中发现深部还有矿石,于是又从巷道中向下挖竖井,这种井并不直接通向地面,所以人们称之为盲井。用这种方法采掘,一般在井巷中用木质的框架作支护,以防止周围岩石坍塌。他们用榫接或搭接法制作的框架,有效地承受了巷道的顶压、侧压和底压,可以确保坑下采掘人员的生命安全和采掘工作的顺利进行。使用这种方法可以从地面下较深的地段掘取矿石。这比起露天采矿省工省时,是一个进步。从湖北大冶铜录山、江西瑞昌铜岭等地发现的商周采矿遗迹看到,露天采矿与坑采这两种方法均已采用。当然,从矿区河流中夹带的沙石中淘洗出铜矿也是一个途径,此时大概也已被掌握。
人们在寻找石料和加工的过程中,逐步识别了自然铜与铜矿石。例如有一种铜矿石,颜色碧绿,其断面的纹理与孔雀的羽毛相似,很是艳丽,所以人们称它为孔雀石。这种孔雀石含铜量高,其含铜品位可达 10—20%或更高。这是一种氧化矿,只要同木炭放在炼炉中进行冶炼,加热到 1000℃稍高一些,就可以炼出铜来。它又常常与自然铜一起出现,并与铜锈有类似的颜色,因此孔雀石很可能是人们最早用于冶炼的铜矿石。在烧制陶器的过程中积累起来的丰富经验,为青铜的冶铸业提供了必要的高温知识、耐火材料、造型材料与造型技术等条件。例如龙山文化中黑陶和白陶的烧陶温度均与铜的熔点接近。当时使用陶模具制作泥坯和印制花纹等技术与铸铜的模具功能有相似之处;冶铸用的熔炉、水色、型范等都是陶质的用具。炼铜用的木炭也与烧陶所用的燃料是一致的。考古工作提供的资料说明,凡是发现古代采矿、冶炼遗址的附近,几乎都有同时期居民聚落遗址。因此,人们在制作石器时,为寻找原料而出没于这些山丘时,如果一旦认识了自然铜与孔雀石等铜矿石,那么采掘这些金属原料就成了他们的新工作。[2] [3] [4] [10] [6] [9] [5] [8] [7]
爵
冶炼
春秋时期的冶铜技术是在商代与西周时期的冶铜技术的基础上发展来的,从出土的商代与西周铜器数量之多,用铜量之大,或许说明当时的冶铜业还是比较发达的,因此有理由认为,商代与西周的冶炼水平也是不低的。衡量冶炼水平高低很重要的一点是炼渣中的含铜量的多少。因为矿石中所含的二氧化硅(SiO2)的含量越高,炉渣粘度就越大,渣的流动性也差,渣中所含的铜也越多。春秋时期,冶炼过程中已经掌握了配矿技术,使渣中的含铜率降至 0.7%,这是冶炼水平较高的一个表现。可能这种配矿技术在西周时期已经出现了。
据统计,已出土的商代和西周时期的铸有铭文的青铜器,有上万件之多,没有铭文的铜器更数倍于此数。商代与西周时期,若无发达的采矿与冶炼业是不可能提供如此大量的铜金属原料的。
已经发现的商周古铜矿遗址,大多分布在火成岩与大理岩的接触带上。因为接触带内的岩石破碎,比较容易采掘。又因大气降水和淋滤作用,地表面的铜元素在接触带中相对集中,出现了铜品位自上而下逐渐富集的现象,形成氧化矿富集带。这种条件使它成为古代先民理想的采铜场所。这里的矿石,主要是孔雀石、硅孔雀石、赤铜矿等,都属氧化矿。深部往往有自然铜。大冶的铜录山,顾名思义,是铜绿色的山丘之意。那里每当大雨过后,表面就暴露出许多绿色的孔雀石的碎块,俯拾皆是。因此,它的铜资源在很早以前就被人们开发利用,在11号矿体和7号矿体的2号点出现的采矿遗迹,被认为是西周时期或更早的遗存。
当时冶炼铜矿石的方法,是将矿石与木炭放在冶炼炉中进行冶炼。由于这些矿石是氧化矿,因此这种冶炼被称作氧化矿还原熔炼。虽然只发现春秋时期的炼铜竖炉,商与西周时的炼炉尚未见到。但是,经过模拟实验证明,春秋时期的冶铜竖炉冶炼性能很好,能持续加料,持续排渣,间断放铜。[9] [9] [7]
世界发展
中国大陆
中国是世界上已知的第一个铜冶炼技术的文明,目前世界上最早的冶炼铜发现于中国的陕西姜寨遗址。[10]
姜寨遗址出土的公元前4700年前冶炼黄铜片及黄铜圆环为世界上最古老的冶炼黄铜,标志着人类初步掌握了金属冶炼技术,为青铜时代的到来打下基础。而位于中亚的美索不达米亚则是世界上第一个已知的最早掌握青铜冶炼技术的文明,出土了公元前4000年的冶炼青铜器,人类初步踏入了青铜时代的门槛。
1973年,在陕西临潼姜寨文化遗址中,发现了一块半圆形黄铜片和一块黄铜管状物,年代测定为公元前4700年左右。值得指出的是,最近在上海光源,采用X射线荧光面扫描分析,发现姜寨黄铜片不同区域的锌含量差异显著,而铅元素呈零星点状分布,其特征与固态还原法制备的黄铜完全相同,从而证明先民在使用天然金属与发明金属铸造之间,都曾采用热煅法或固体还原法冶炼金属。[6]
甘肃马家窑文化遗址出土的单刃青铜刀是目前已知的我国最古老冶炼青铜器,同时也是目前世界上最古老的青铜刀。经碳14鉴定为公元前3000年。此刀长12.5厘米,为单范铸成。没有血档及缳首等成熟的后世刀具才有的部件,在刀具形成史上具有典型的代表意义。[9]
中国的青铜文化起源于黄河、长江、珠江流域,距今约5000年,止于公元前5世纪,大体上相当于考古上的红山文化与良渚文化时代,及文献上记载的中原夏、商、西周至春秋时期,约经历了1500多年的历史。这与中国奴隶制国家的产生、发展及衰亡相始终。有学者把中国青铜时代从商周至战国划分为鼎盛期、颓败期、中兴期、衰落期 4 个阶段。也有学者将这一时期划分为殷商前期、殷商后期、西周期、东周前期、东周后期 5个阶段 。中国各地的青铜文化具有自己的特点和风格,可以分作不同的地区类型。中国步入青铜时代,大体经历了早、中、晚期几个不同的发展阶段。 早期。以河南偃师二里头文化(见二里头遗址)为代表,年代大约在公元前2080~前1580年间。加上山西夏县东下冯、山东岳石文化、辽宁长城东边的夏家店下层文化、黄河上游的四坝文化等,都相继出现了品类繁杂的青铜制品,在一些墓葬中还发现了人殉和 人牲。上述遗址的放射性碳 素 断 代(见考古年代学)年代,正好在历史记载的夏王朝纪年范围内,这些遗址应是夏王朝时期的奴隶制文化类型 ,标志着中国奴隶制国家已经形成。② 中期。包括商代至西周前期。此时期的前一段,是商代早期,约当公元前16~13世纪,以河南郑州二里冈文化为代表 ,此时期奴 隶 制 国 家进一步发展,青铜器数量大增,常伴有成套礼器,贝币大量出现,人殉、人牲更为普遍。后一阶段 ,是商代晚期至西周前期,约当公元前13~前10世纪(穆王以前)。此时中国青铜时代达于鼎盛,也是奴隶制发展的典型时期。青铜铸造工艺相当成熟 ,出土大量的精美青铜礼器、武器与工具 。这时的青铜文化以安阳殷墟为代表,这里是商王朝的政治统治中心,也是青铜铸造业的中心。此时兴建了大规模的宫殿及陵墓,有发达的金文与甲骨文,人殉与人牲成为一种制度极为盛行,凡此种种反映出奴隶制社会的繁荣。西周的周原遗址和丰镐遗址中,发掘出周王朝的宫殿 、宗庙和墓 葬 ,发现了大量的青铜礼器,反映出中国古代社会的礼制已成熟。③晚期。从西周后期至春秋时期,是中国奴隶制社会逐渐走向衰落的阶段。此时期列国都城形成繁荣的政治经济文化中心 , 金属货币大量流通。青铜铸造工艺取得突出发展,出现了分铸法、失蜡法等先进工艺技术。湖北铜绿山发现的古铜矿,证明当时在采矿、配矿、冶炉砌筑及冶炼方面均达较高水平(见铜绿山古矿冶遗址)。到战国时期,随着铁器的推广,青铜制造业才逐渐衰落。 [5]
在中国的边远地区,当时还存在着若干具有地方特点的青铜文化。如甘青地区,由于民族杂居,文化复杂多样,有辛店文化、沙井文化与寺洼文化等,其中寺洼文化与西周文化有密切的渊源关系。北方地区有夏家店上层文化,出土的青铜短剑具有地方特点,还出土带有相当浓厚的中原文化特征的青铜礼器。内蒙古鄂尔多斯草原,从商周至秦汉,流行着鄂尔多斯式青铜器 。东南地区的浙江、福建至台湾等地,至西周末期才产生青铜文化,出土的青铜武器等与西周的相同。两广 、四川、云南等地区的青铜文化 ,既有地方特征,又有中原文化的风格。总之,各地区的青铜文化不同程度地受到中原青铜文化的影响,同时具有本地的特色。此外,中国的青铜文化在发展过程中,还与周围地区存在接触,如曾与北方蒙古大草原和西伯利亚的青铜文化进行过交流,晚期与东南亚青铜文化有过密切联系。 中国的青铜时代为夏、商、西周和春秋战国时代。现存至今的司母戊大方鼎是世界上罕见的大型青铜器。在商前期的炼铜遗址中,从可辨认的铸范中,镢范为数不少,虽然青铜的生产工具在早期的随葬物中较少,但我们在出土的商初青铜器中,仍看到生产工具占相当比重,说明在商代的手工业中,青铜工具如斧、锯、凿、锥等已广泛使用,青铜兵器也日益增多,至于青铜农具,虽然奴隶主不会为奴隶们提供,但在当时,还有一部分作为自由民的农民都会拥有,历年出土的青铜农具有锄、铲、 等,这说明青铜的大量使用主要还是从事制作工具。青铜工具在生产中的效用,使青铜冶铸技术日益重要,因而能获得飞速的发展。 [8]
在青铜时代,中国已经建立了国家(郭沫若按照马克思主义历史观认为是奴隶制国家,有争论),有了发达的农业和手工业,并且汉字也已经发展成熟。
具有划时代意义的青铜冶炼铸造技术,是在红铜冶铸的基础上发展起来的。中国是世界上铁器和青铜器发明最早的地区之一。中国青铜时代和早期铁器时代的青铜艺术品,显示了绵延一千五百多年中国青铜器的萌生、发展和变化的历史。[7] [8] [5] [9] [6] [10] [4] [3]
亚洲地区
西亚的青铜时代是城市文明进一步发展的时代,两河流域南部的奴隶制城邦,随着乌尔王朝的灭亡而告衰落。进入巴比伦时期后,青铜文化达到一个新的发展阶段,生产力进一步提高,并进口金银铜锡等金属原料。小亚细亚东部卡帕多细亚的奴隶制帝国,约在公元前3500年进入青铜时代早期。公元前3000年前后转入中期,小亚各地由野蛮进入文明。在邻近伊朗高原西南部的埃兰,于公元前第 3 千年中叶形成奴隶制城邦,产生了国家,处于青铜文化的发展时期。
青铜器
南亚次大陆和东南亚、北亚、南亚的青铜时代,产生了印度河文明。大概在公元前2500年前后,青铜工具和武器广泛使用,有斧、镰、锯、刀、剑、镞和矛头等,手工业匠人对金属的热加工和冷加工都已达到较高的水平,能用焊接法制造金属器具,并刻有铭文。这时代表性的文化是哈拉帕文化。在东南亚地区,至今发现的最早青铜冶铸中心是泰国乌隆府的班清墓地,时代在公元前3600~前1000年,青铜器有矛头、手镯、脚镯,矛头是铸造后再锻打成形的。在能诺他墓地,发现用双扇合范制造的青铜器,并有人祭遗迹。越南红河流域的青铜文化出现在公元前2000年前后,其后的东山文化时期,大量地制造铜鼓。菲律宾在公元前 600 年出现青铜器和铁器 ,是从大陆沿海经巴拉望岛传入的 ,其器类与中国南部和中南半岛的相似。在北亚西南部、南西伯利亚和哈萨克斯坦,青铜文化的部落还处在原始公社时期。公元前第1千年初的卡拉苏克文化,代表性器物为曲柄刀 、短剑、锛、弓形器、蹼形垂饰,并有装饰性动物纹样。朝鲜半岛的青铜文化以素面陶为特征 ,时间在公元前10~前5世纪 。日本的青铜文化从弥生时代前期开始,约在公元前300年前后。
环地中海
爱琴海南端各岛屿在基克拉泽斯文化时进入青铜时代,约在公元前3500年左右。克里特岛在米诺斯文明时期进入青铜时代 ,在公元前第2千年建立了奴隶制国家。公元前1600年后,迈锡尼文明兴起,在这时的贵族宫室和陵墓中发现了大量的装饰豪华的青铜武器和金、银、铜器皿。多瑙河流域的青铜文化是铜石并用文化的继续。中欧和西欧早期的青铜文化是钟杯战斧文化,年代在公元前第 3 千年中到前第2千年初,以绳纹陶为特征 ;晚期是骨灰瓮文化,年代为公元前第2千年后期到前第1千年初,以骨灰墓园为特征,已知用失蜡法铸造铜器。巴尔干和东南欧是一个青铜文化中心,以乌涅茨基文化著称,分布在捷克、摩拉维亚、多瑙河以北的下奥地利、西里西亚以及撒克逊等地。另一青铜文化中心是西班牙东南和葡萄牙南部的埃尔阿尔加尔文化,村落围以石头砌的高墙,住方形房子、墓葬在村内,行屈肢葬,工具武器有刀、斧、剑、戟、弓箭。东欧森林地带有法季扬诺沃文化、竖穴墓文化和木椁墓文化,意大利北部的泰拉马拉文化于公元前1700年进入青铜时代,公元前1400年达到鼎盛期。居址内多有干栏式房屋区。南部是亚平宁文化,在公元前第1千年初为铁器文化所代替 。 英国和德国境内的青铜文化,都是以农业为特征,种植谷物、饲养家畜,遗留下有复杂建筑的大量墓地。[2] [3] [4]
黑色非洲
埃及、北非以外的非洲掌握青铜制造技术应不晚于公元前第1千年 。 到公元11~17世纪,几内亚沿海地区的青铜制造业达到繁荣期。一般认为非洲的铜器工艺比铁器工艺发展晚,似乎从石器时代直接过渡到铁器时代。在东非的麦罗埃遗址,发现了冶铁炉和残余铁块。在西非,公元前10世纪即掌握了冶铁技术。[10] [6] [3] [2] [4]
美洲地区
美洲的青铜手工业最早发生于中南美,以秘鲁和玻利维亚为冶铸中心,年代约为公元前11世纪以前。然后传到智利、阿根廷西南部和墨西哥,再传到北美。到13~15世纪时南美安第斯山区的印第安人已大量使用红铜、青铜、金、银、铅等金属制造器物,并建立起奴隶制国家。
商代的文明较全面地体现了奴隶社会取代原始社会在诸多方面的进步,因此可称得上是“灿烂的文明”。但是这种文明是建立在广大奴隶极其悲惨的命运基础上的“文明”。所以作为现代人,我们在可怜同情奴隶的同时对他们更多的应该是尊重,因为没有他们,就没有灿烂的青铜文明。