中国先秦时期金属兵器的化学研究
骆萌
1984年8月
论 文 摘 要
本文主要根据大量的考古事实与文物检验工作。试图对我国先秦时期金属兵器进行系统的研究，这一时期，我国金属兵器经历了红铜兵器，青铜器和钢铁兵器三个发展阶段，不同阶段的兵器又相互重迭，我国金属兵器制造业十分发达，历年的出土的兵器数量巨大，种类繁多，制作精美，充分表现了当时取得的科学技术面就的长期积累的生产经验，其内容十分丰富。由于金属兵器与我国社会的发展有着相当重要的关系，故在研究时就必须结合起来，从而对我国金属兵器的发展与其制造工艺的演进过程得出合乎历史的结论。笔者正是在上述认识的指导下，着重采用化学研究的方法，对金属兵器加工与冶炼方法，金属结构与表面处理技术，兵器材质种类与生产力的关系，合金成份与性能的关系及其演进，尝试作一番全面的论述，充分再现我国先秦进期化学与化工方面取得的{zy1}成就。
一、 我国金属兵器的起源
大约在距今四五千年的新石器时代晚期，我国已经进入了铜石并用的时代，这是一个原始社会面临崩溃，瓦解的重要时期，在这一时期的许多遗址之中开始出现一批批原始铜器，是我国最早的金属器物。由于当时正处于不同氏族部落联盟之间频繁的兼并掠夺战争时期，故在这些原始铜器中最早就有兵器，并且在其中有了很大比重，是原始青铜 兵器的雏形。我们研究金属兵器的起源，就应该从这里开始。
这时的金属兵器主要是由红铜制成的。红铜在自然界有xx存在，故人们对它的与认识使用是很早的。在兵器时代，人们去寻找石料，打制工具的过程中，会偶然遇到红铜，发现它的色泽与从不同，有灿烂的红光，进而认识它的加工性质与石料更不相同，不易劈裂剥落，便于锤锻成器。于是出现了一些小型原始铜器，。然而，红铜的硬度低，不及燧石锋利，且产地较少，其xx存量不多。故红铜虽然已经出现与使用，仍不能取代石器成为主要的生产工具，对社会的经济与生产力的影响很少，故这一时期常称为铜石并用时期。由于当时紧张战争的影响，人们将红铜首先用于制造兵器后来才逐渐用于制造其他器械。1975年，在甘肃永登蒋家坪马厂类型遗址发掘中。发现铜xx一把，两年之后，在甘肃东乡县林家马家窑类型遗地中又发现时间更早的铜刀一把。[1]这是我国目前发现最早的两把金属铜刀。在此之后的齐家文化遗址，已经出土了许多的铜制兵器了，据对甘肃武威皇娘娘台遗址发掘表明，出土铜器达二十余件，计铜刀4件。铜锥12件。铜凿1件，条形器1件，此外还有一些碎铜片与装饰物[2]。这些铜器的名称都是后人取的。而在远古时，铜刀、铜锥、铜凿、条形器均可作为兵器之用。这些兵器大多是用冷锻法，即直接锤锻出来的。个别铜刀可能是由单范冶铸而成的，经光谱分析，兵器化学成分如下：不
分析结果表明。这批铜器含铜＞99。6%，并不含铅及其他金属，是xx由红铜制成的。后来我国北京钢铁学院有关人员又用电子探针[3]分析，发现其中除铜外，还含有铁、砷，其含量超过了它们在自然铜中的一般含量，“因此可能是人工冶炼出来的红铜 [4]。在齐家文化的其他重要遗址中，如永靖大河庄与秦魏家，广河齐家与西坪都出土了不少类似的铜器。其中可以当作兵器的的有斧、刀、镰、锥、镜等[5]，而在河北唐山大城山遗址（属龙山文化晚期），曾经出土两块铜牌，形状为梯形，表面不平，上端有由两面穿凿成的单孔，与石器的钻孔法相同，边缘厚纯无刃[1]。可见其制法尚处于原始阶段，乃后世盾牌类武器之起源，经化验，其中一件含铜率达99，33%，另一件为97%，系xx红铜锻锤而成。在这一时期发现铜器最多的一个地点是甘肃省玉门市火烧沟遗址。1976年在这里发掘了三百一十二座墓葬，出铜器的有一百零六座。铜器以模铸为主，有斧、镰、凿、刀、首、矛、锥、针、钏、管、锤、镜形物等二百余件，还发现铸族的石范，[1]可见当时（距今三千六百年）已经大量生产铜兵器了。“总之，一系列事实都说明，在四千年前，我们的祖先不仅认识了金属铜，可以将xx存在的红铜锻打成器和冶铸成小件器物，而且可以治炼红铜了，这是我国应用金属的开端。”[5]其中就包涵了运用金属兵器的肇端。
也就是在这一时期。我国已经制造青铜兵器。所谓铜石并用时期，并非全是使用红铜与石头，而是也开始出现青铜，经初步鉴定是铅青铜了。1975年甘肃齐家坪墓地出土的铜镜，经初步鉴定是青铜，玉门市大烧沟遗址也出现了大批青铜。据化学分析证明，甘肃秦魏家出土的小刀（距今3800-3900年）为铜（95%）与铅（5%）合成的铅青铜。山东胶县龙山文化遗址（距今约3700年）出土的小铜棍是含少量铅锡的铜锌合金[6]。尽管这些青铜器物很可能在冶铸红铜的过程中混入少量的铅锡而得到的，尚处于原始阶段，却是我国用铅锡之开始。也是我国金属兵器用铅锡之开始。我国原始社会末期关于红铜器的的普遍使用，为青铜时代的到来揭开了光辉的序幕。由于齐家文化时期已出现了少量含铅的铜兵器，甚至有人认为它已跻身于青铜时代了。
二、我国青铜兵器的兴起和发展
青铜是将铜与锡或铅配合面冶铸的合金，以铜为主，颜色显青，青铜合金的熔点较红铜为低，下降的程度视锡或铅含量而定，其硬度较红铜为高。根据布氏硬度，纯铜仅为35；而青铜合金含锡5-7%就为50-65。若含锡7-9就增至65-70。若含锡9-10，硬度便高达70-100。而且熔化的青铜在冷凝时铜体积略有膨胀，故填充性能佳，气孔较少，比红铜的铸造性更好，有诸如此类的优点使青铜具有广泛的适应性，一旦发现很快就引起人们的重视，代替了石器 ，木器、漆器和红铜器，成为主要用具。青铜器的产生，标志着人类社会已结束了原始野蛮时期，而进入最早的文明阶段—奴隶社会。我国奴隶社会包括夏、商、西周和春秋，这一时期青冶铸铜业成为{zd0}的手工业，生产规模很大，产品主要包括工具、礼器，生活用具和兵器。奴隶主阶级为了巩固自己的统冶。对内镇压奴隶们的激烈反抗，对外频繁地进行征伐掠夺，建立的强大的xx是用青铜兵器武装的。这些青铜兵器构成了奴隶主专政的重要物质基础，奴隶主十分重视它的生产与冶铸技术的提高，历年的出土的青铜兵器种类繁多，数量颇巨。制作精良，不仅体现青铜治铸技术的高度发展，而且 深刻地反映了血腥的暴力行为，奴隶社会正是在暴力活动中产生，发展和衰弱。
我国奴隶社会是从夏朝开始的，由于私有制和阶级的出现，使得战争的性质，由追求生存空间发展到追求财富。各氏族首领和部落之间相互进行大量的掠夺兼并战争，打开了通向建立国家之路。夏王朝的建立固然是是历史发展的必然结果，但亦不能排除青铜兵器所起的重要作用。夏代出现青铜冶铸一事，古文中常有记载。《左转》日：夏开始“贡金几枚。铸鼎象物。”《墨子· 耕柱》日：”昔日夏后开（启）使蜚廉折金于山川，而陶铸之于昆吾。”昆吾是一个善于陶冶的部族， 为夏征服，成为当时青铜的冶铸中心。青铜兵器从一开始就发现了，在夏代逐渐兴起。《越绝书》[7]日：“禹穴之时，以铜为兵”。“传说夏代名王杼是甲和矛的创造者，当时夏朝东面是夷人。善射，故甲的发明在夷夏战争具有重大作用。”[8]甲可能是用青铜制作出来的。解放以来，我国考古学发现了“二里头文化，”其时间介乎龙山文化与商代文化之间，据碳14[9]测定，它的{jd1}年代，相当于夏朝晚期的延续到商初的。“二里头文化”主要分布 在河南省西北部与山西南部，与夏人的活动区域是一致的。其文化类型以河南偃师二里头的宫殿遗址为代表[1]。在这里出土了大量青铜兵器，如斧、刀、镞和其他的器物如铜垒，铜锥、铜凿和鱼钩等，还没有矛、戈等大型兵器。同处还发现炼铜遗址，残存有炼铜的坩埚片，铜渣和陶范。这一重要的考古发现，证明了我国夏代已有炼铜业，并生产青铜兵器的传说。据目前的化 验可知，这些青铜大部是铜锡合金，还没有发现铅青铜。因而有人片面认为最早的青铜就是铜锡合金，但从历史发展的线索来看，既然在此之前的铜石并用时期已发现了铅青铜，在此之后又有大量的铅青铜器物，则这一时期也还有铅铜合金的存在，只是目前发掘与化验的青铜器物的数量太少而已。
代表商代前中期的文化遗址是河南郑州二里岗和湖北黄陂盘龙城。黄陂盘龙城遗址是我国发现的最早的商代古城之一，具有早期城市的特征，对研究国家的产生与城市起源有重要的意义。[1]国家是阶级矛盾不可调和的产物，它是在暴力斗争中产生的。这里是出土一件长4厘米。宽2。6厘米的夔龙纹大铜铖，是军事统率权的象征，说明“掠夺战争加强了{zg}军事首长以及下级军事首长的权力。”[10]同时出土了大批兵器，以戈、矛、铖甚多。其中戈矛是首次出现的，这些出土的青铜器物主要是铅青铜。据对盘龙城四件铜器（鼎和酒器）化学分析结果。其中两件含铜量在80%以上，铜 、铅各占百分之几。另两件含铜量约在70%，含铅量高达20%以上。前者呈青绿色。后者则成淡绿色。可见至迟在商代前中期，我们的祖先已经初步掌握 利用了铜 、锡、铅三种金属配成合金的知识。郑洲二里岗商代遗址与黄陂盘龙城文化遗址内涵十分一致。在湖南石门县皂市发掘的商代遗址中，值得注意的是发现了不少铜渣，铜器和一件铜箭，以及两块炼铜时盛铜溶液的陶器的底部，时代为商代中期。相当于郑州二里岗和湖北盘龙城商代遗址的年代。”[11]这一重要考古发现xx了商朝的活动xx于黄河流域的错误论断。在江西吴诚商代遗址中出现了很多石范，系红沙质岩石制成，比较疏松，容易雕刻，铜熔液注入范内，空气便于挤出。不易炸裂。石范中有些是用于铸作兵器的“铖范”、“戈范”、“镟范”等，出土有铜刀、铜矛，以及其他器物，尤其是铜戈乌黑发亮，纹饰瑰丽，其制造水平是很高的。同时出土的还有铜渣、木炭等物，充分说明这些铜器均是当地生产的。[1]湖南江西等地铸造兵器的遗址的发现，xx印证了《诗经·商颂》“挞彼殷武，奋荆楚荆襄之旅，有截其所，汤孙之绪”的记载。
商代是更为发达的奴隶社会，青铜业日益繁荣。郑洲二里岗文化类型的青铜器是在直接继续二里头文化基础上的进一步发展。铸造技术明显提高，器类增多，型制精巧，至商代晚期。青铜 业进入鼎盛时期，在当时商代统治中心出土了大量青铜器与大规模铜遗址，最能反映当时青铜冶铸工艺水平的，是在安阳殷墟发现的司母戊大鼎，造型庄重而又瑰丽，表面布饰饕 纹。经化学分析，其中含铜84。77%，含锡11。64%，含铅2。79%，是铅锡铜三元合金，它重875公斤，通高133厘米，是我国乃至世界上{zd0}的古青铜器。该鼎结构复杂，耳、身、足分别铸成后，再合铸成整体。从其铸造痕迹来看，每个部位用两块到八块范不等，外范共用二十块。[12]很难想象，如果没有相当宏大的青铜制造业，相当严密的组织管理水平，相当高超的采矿，制范和熔铸技术，会出现象司母戊大鼎这样杰出的青铜器，就是在这样相当发达的青铜冶铸业的雄厚物质基础上，我国青铜兵器获得很大的发展，随着奴隶制的发达，阶级对立的尖锐化和商朝与周围敌对方国部落之间战争的日趋频繁，商朝国家机器日益强化，青铜兵器铸造业获得极大的重视。商代生产的兵器，不再只是小刀，小斧之类，而是更大的武器。如戈、矛、戚、铖、长刀等，均大批生产，还有铜胄与镀锡的铜盔。早在商代前期就出现了大量青铜镞，为世界上其他青铜文化中所罕见。由于铜镞的消耗量大，往往射出去就难以收回，必须有相当大的生产能力。很难想象，如果商代的青铜业没有相当发达的程度，那就不可能大量生产这些兵器。盘庚迁殷不久，到了武丁时期，武丁在位五十九年，{zd0}的功绩便是“四方用兵”，拓展疆域，每次征伐战争的人数都在三千人以上，最多的一次甚至过万人，需要的青铜兵器是很多的。1976年，在安阳小屯 废墟武丁配偶妇好墓中一次出土了四百四十多件青铜器，式样繁多，其中就有不少兵器。[13]而在安阳候家庄西北岗的一处商代大墓中就曾发现带木柄的铜戈与成困的铜戈各一层共有百多支，还有许多不同形式的铜盔。[4]充分反映了当时青铜武器制造业的兴旺与高度的技术水平。这时，战车普遍用于战争，每辆战车驾马两匹。车上有甲士三人；一人驾车，一人持戈或矛，一人操xx，战车后面是步兵，这样的xx组织严密，战斗力很强。
西周是我国奴隶制由鼎盛趋向衰落的时期，这时的青铜业虽然在商代的基础上继续发展，青铜器物的数量比商代的更多。
但器物的种类，花纹与形状与商代的青铜器差别不大。但是，青铜兵器则与此不同，不仅生产的数量颇巨，其形状亦有所发展，如商代的戈，一般没有胡，至西周时，戈出现了短胡，可以在戈上多穿孔，更便于固定在秘上，又加长了刃口。矛是一种用于刺杀的兵器，商代的矛一般形状宽大，西周时，其形状渐向细长，可以减少刺冲的阻力。西周时也出现了一些新式兵器，如剑属“短兵”类武器，在商代遗址尚不见其存在，它在西周时期才开始出现。并逐渐流行，春秋时，剑的制作水平已达到极高的水平。又如戟，是戈与矛的合体，兼有两者的作用，商代虽有由矛、戈两种兵器配合使用的兵器，但真正的戟还是在西周出现的，这时，是将戈，矛合铸成一体，杀伤力很大。西周的疆域较商代广阔，青铜手工业分布较宽，并对周围一些少数民族地区发生了一定的影响，在河北省北部发现了以青龙抄道沟为代表的草原青铜文化类型的遗物，主要是兵器，有羊首曲柄的短剑，鹿首、羚首刀、空銎戬，曲柄七首等[1]。其时约当西周早期，其铸造水平很高，既反映了北方游牧民族的文化特征。又蕴含着中原文化的因素，体现了当时我国兄弟民族之间生产技术的发展与青铜文化交流的情况。
商周时期，我国青铜文化处于兴旺发达时期。如果说最初的铅锡青铜是在冶炼铜矿时偶然混入铅矿或锡矿的话，那么在商代中后期的青铜则是纯铜 ，铅或锡来冶炼出来的了，在安阳废墟的铸铜 手工业作坊遗址出土 的一块纯铜 ，经化验，含铜量高达97.2%，“说明当时确已由铜矿石炼出纯铜 ，作为铸造青铜的主要原料。”[4]在小屯废墟中出土的亦有成块的金属锡，大司空村殷墟出土的有锡戈六件，而铅制器物，如铅卤、铅觚、铅钣，铅戈先后在殷商墓葬中出现。据此可以推测我国单独炼锡或铅的技术，已经经历了一定的时期。其实在发达的青铜业的基础上，冶炼出锡铅并不难，只要取来铅矿或锡石，置于炼铜坩埚中，放进木炭，加热熔化，木炭放出一氧化碳，就可还原铅矿或锡石得到金属铅或锡，由于铅、锡的熔点不高。前者是327C后者更低，为231℃，故在发达的青铜冶炼技术下，可以方便地得到这两种金属，对洛阳机瓦厂出土的西周铅戈化学分析表明，其含铅量高达99。75%，充分说明当时对铅的冶炼与认识已有了很高的水平。铅戈并不是实用的兵器，因为铅的质地软，不宜作利器，商周时期的铅戈仅作礼仪之用，出土了的数量很少，是王权的象征。
春秋到战国时期。正是由奴隶社会崩溃，封建社会兴起的大转变时期，是我国历史上大动乱时期，各诸候国之间，频繁的战争，极大地促进了兵器制造业的发展。这时虽出现了铁兵器，但数量少青铜兵器仍然占据主流，兵器的生产数量是随着战争规模的扩大而急剧上升的，春秋前期，各国打仗出动的兵力一般在二万人左右，很少超过五万的。到了战国时期。诸大国都拥有强大的xx，兵员达数十万人。甚至过百万。如秦国就号称：“战车万乘奋击百万”[14]秦国的青铜兵器制造业十分发达，“上郡武库”是秦国重要的兵器制作中心。战争的需要对兵器的种类和制作质量提出更高的要求，由于赵灵武王倡导“胡服骑射”，骑兵的兴起，车战退居不那么重要的地位。步兵成为战争的主力，魏国的“武卒”和齐国的“技击”都很有名。故在当时的战争武器中，除戈、矛戟等长兵继续大量使用以外，剑这种短兵的地位日益重要，剑之外形逐渐平直锋利，变长，重量也减轻了。
春秋时期，我国的青铜兵器制造业已十分普及。各地都有自己的“xx产品”。《考工记》[15]载：“炼金以为刃。……郑（治在今河南新郑）之刀，宋（治在河南商丘）之斤（斧），鲁（治在山东竞州）之削，吴粤之剑，迂乎其地而弗不能为良，地气然也，……吴粤之金，锡，此材之美者”。由于各地可资利用的矿产原料不同，冶炼技术的高低不一，使得兵器制造业各具特色，地处中原的郑、宋、鲁等国，主要使用铜 矿与方铅矿等作原料冶炼青铜，故可以用于铸造刀，斧，削之类的兵器，而南方的吴越（吴粤）则由于盛产铜矿与锡矿，冶炼出来的青铜当然就是锡青铜，很适用于制作锋快的宝剑，其它地方出产的这类兵器是不能与之比美的。历年来的大量考古发现xx证实了《考工记》的记载，我国出土了很多带有吴王和越王铬文的青铜宝剑，制作已十分精巧锋利。吴王剑有山西原平峙峪出土的吴王光剑，湖北襄阳蔡坡出土的吴王夫差剑，河南辉县出土的吴王夫差剑。安微淮南出土的吴王夫差大子“姑发闲反”剑等等，可见吴粤之剑流传很广。最xx的是1965年在湖北江陵望山一号楚墓里出土的越王勾践剑，通长55。7厘米，剑身满布菱形暗纹，剑格两面用蓝色琉璃镶嵌花纹，剑身靠近剑格处有“越王鸠（勾）浅（践）自作用剑”八个错金鸟篆铭文。该剑至今保存好完好，锋刃锐利，制作精美。据有关方面用质子射线荧光分析仪对勾践剑的分析结果[12]，证明勾践（剑）是由锡青铜铸成，含有有少量的铝和微量的镍，灰黑色菱形花纹与黑色的剑柄，剑格均含有硫，说明宝剑表面经过硫化防锈处理，“这把剑铸造标志，代表了当时吴越工匠的{zg}水平。”[16]
三、从合金成份研究青铜兵器质量的改进
在长期冶铸青铜的实践中，特别是在铸造兵器的过程中，人们积累了关于青铜成分与性能的丰富经验，并将之运用于改进青铜兵器的质量上去。对殷墟出土的戈型兵器的化学研究表明，[17]有许多青铜戈含锡在10%左右。据现代青铜冶铸知识[18]，纯铜的布氏硬度为35，络加锡10%，铸造后的布氏硬度是88，再加缎捶，其硬度可以高达228，。故用含锡10%的铜炼铸锋利的戈，矛是较为合适的，由此可知，商代炼铸青铜兵器的技术，已经达到相当高的水平。我国xx化学家梁树权等人曾对殷商。西周和东周的一些古青铜器进行了深入的化学研究[19]，这些青铜器中，殷代有八件，兵器有戈、镞、刀柄等，西周十八件，兵器有戈、戟、斧、刀、镞等、东周有十八件，兵器有戈 、戟、斧、镞、和削等，结果的说明发现：“殷代与西周之间，含铜量差别微小，说明殷代与周的青铜器物是很接近的。而东周器物含铜量比前二代显著下降，铅、锡量同时相应上升。”铅含量的增加特别具有意义，李时珍在解释“铅”字来源时指出，“铅易沿流，故谓之铅”。[20]铅可以显著提高液态合金的流动性，便于铸造质地轻薄而精致的铜器。《荀子·强国篇》曾说：“刑（型 ）范正，金锡美，工冶巧，火齐得。”此处的“金”当指“铜”而言，与之对付的“锡”则实际上是“铅”，因为锡量对合金焙融流动性影响不大。只有铅量增加，才更便于铸造，做到“工治巧”。过去，学术界对青铜合金中铅量的作用重视不够，而片面地着重研究锡青铜。故笔者在这里着重讨论铅与青铜性能的关系，并认为铅量在兵器金属成分的出现与增加充分反映了人们对铅性能认识的深化与提高。再以矢为例表明之，我国最早出现铜镞的地点是在时间相当于齐家文化晚期的玉门火烧沟遗址，这里不仅出现了铜镞，还出现了铸镞的石范。在河南偃师相当于夏代文化的二里头官殿遗址中就出现了大量的青铜镞，经化学分析表明，是由铜锡合金熔铸而成的。到商代中前期，青铜矢镞已传布到长江流域的二湖和淮。在殷墟中出现了一批批青铜镞，成为晚商鼎盛的青铜文化的一个村污。经化学分析，这所铜镞含铜83-84.6%，铅9.8%，铁1.4%，但不含锡[6]。由于铅的含量高，虽然硬度比锡青铜较低一些，却因而具有一定的毒性，“铅毒”可增强矢镞杀伤力。而周代出现的矢镞含铅量竟高达的11.32%，其含铜量为64.6%，含锡量为24。48%[21]。这种矢镞的成份显然是有意配成的，既可以达到加大矢镞的硬度，又可以增强矢镞毒性的双重目的。至春秋战国时期，在对青铜 合金成份与性能深入研究的基础上，在兵器上制作业中出现了用不同成份的青铜分铸兵器的工艺。如对出土的二只东周宝剑的化验结果表明，[21]宝剑中背部分含量锡均低，分别为11.79%与8.44%含铅量分别是2.13%与10.15%，反映其性能坚强难析。而宝剑两刃含锡量相对很高,分别是17.73%与19.88%，含铅量均为0.25%是很低的，这又使得宝剑刃极为锋利。由于这种宝剑具有如此优良之处，反映了当时兵器铸造加工技术已经达到相当高的水准，是一项{zy1}的科学成就。这种技艺起源可以上溯到商代中期，七十年代我国先后在河北蒿城和北京平谷发现中商时期铁刃铜戈各一把。经化学研究表明，铁刃的初始含镍量高达8%以上，是用含镍较高的陨铁经加热锻打成形后，与青铜铖体铸接而成的。而1931年河南浚县也曾出土西周铁刃铜铖。铁援铜戈各一把。其铁刃品锻有M孔，与铖体铸接更加牢靠，是商代铁刃铜铖的继续[22]。这种铁刃铜铖便是结合了铁刃的锋利与铜铖的韧性。此种针对兵器不同部分采用不同合金的处理技术，在春秋战国时期已经获得很大的发展，
在举世闻名的秦始皇兵马坑中，出土了大批秦代兵器，数量当在万件以上，兵器种类有铜戈、矛、戟、刀、剑以及弩机，xx等远射武器[23]。该处出土了大量的青铜镞，很引人注意。据对秦镞的电子探针微区成分分析的结果表明（见下表）秦镞表面层含铜在19.6-59.5%
秦 电子探针微区成分分析结果[24].
范围，锡量在35.76-28.77%范围,而铅量则在7.92-12.3%范围。秦镞内部的含量要低得多，均小于6%，这充分说明当时对矢镞的成份与性能进行深刻的研究，铜的含量不超过70%，必将增加锡铅的量，有利于降低熔点，便于铸造。锡量很高，使矢镞就坚硬锋利，而表面层含铅量明显比内部的高，则可以大大增加矢镞的毒性，加大杀伤力。此外，秦镞表面经铬化防锈处理，平均含铬量约为2%保护了秦镞不受腐蚀，至今已经二千多年，仍然完好如新。这种铜镞的制作技术直至汉代仍在沿用，对河北满城刘胜汉墓中出土的一只铜镞化验表明，铜量71.6%，锡量14.4%，铅9.0%，又经电子探针测定其表面亦含铬。表面层铜高区，含铬量为0.17%，铜低区含铬量高达5%，亦说明其表面经铬化处理与始皇陵出土秦镞极为类似。秦始皇兵马坑出土的长剑则另具特色，经光谱鉴别和化学定量分析，发现含有Cu、Sn、Ni、Mg、Al、Zn、Fe、V、Si、Mn、Tl、Mo、Co、Cy、Nb等十五种金属元素，其中很多是稀有元素，长剑主要成份的百分比为Cu76.4%，Sn21.38%，A12.18%，锌0.041%，是铜锡多元合金。由于含锡量高，故宝剑十分刚强锋快,据测定,长剑硬度是HRb106度，相当于碳钢调质后的硬度[25]。剑的表面经过精巧的铬化处理极可能是将铬铁矿粉（Feo,cr2o3），自然碱（K2CO3，Na2CO3 HOH2O石灰石(CaCO3)和消 （KNO3）等物在高温下共热，制备铬酸盐。然后将长剑，矢镞等浸泡于铬酸盐溶液中，经一定时间便可得到生成浅灰或深灰色致密氧化层的青铜兵器，大大增强其抗腐蚀性的能力。而欧美诸国掌握这种铬化防腐处理工艺，则是在二千余年之后，由德国学者在1937年首先提出的[4]。这种高超的表面处理技术，在现在工业技术中已经获得广泛的运用。值得注意的是，这种长剑根本不含铅，对另外八件表面不锈的兵器，铜镞五件铜孥机一件，铜矛一件，铜戈一件的化学分析研究表明，除矛、戈外，其他兵器均含有百分之几的铅[24]。事实充分说明，长剑、戈、矛的合金成份系有意调配，尤其是长剑，提高锡的含量达21.38%，不仅可以降低铜锡合金的熔点至800℃左右。而且可以大大提高宝剑的硬度，使之锋利xx。
我国边远地区的青铜文化较之中原地区的起源虽然晚些时候，却具有独特的地方风格，青铜兵器制作技术亦达到较高的水平，距今约三千年左右云南已由新石器时代进入青铜文化时期[1]。解放以来。云南共出土青铜器九十多种，七千多件，以兵器的种类和数量为最多，包括剑、矛、戈、斧、喙、铖、狼牙棒，箭、镞、弩机、盔甲等，带有浓度的“古滇 ”特色。晋宁石寨山是出土青铜器最多的地点，前后共发现青铜器物四千余件。[1]表明青铜已经广泛用于生活，战争、生产诸方面，在冶炼铸造技术及造型设计上，都达到很高的水平。[26]当时的滇人对青铜合金的配制技术，如铜、锡、铅的比例，掌握适度。如利剑要求坚硬锋利，含锡量约达20%。装饰用铜圈，含锡量降至6%，含铅达4%，使之易于弯曲。而当时青铜工艺品，如猎鹿铜饰牌，剽牛铜饰牌，铜斗虎案，尤其是青铜珍品—贮贝器，表明了远古残酷的战争场面与紧张的打猎情景。值得特别注意的是，在晋宁石寨山发现的青铜兵器斧的表面镀有一薄层的锡，说明我国古代已经掌握了金属镀锡技术。而在此之前，已有中外学者注意到我国古代铜兵器中有外层镀锡的情况[27]，说明这种表面镀锡技术流传较广。实际上，我国至迟在殷代就发明了铜上镀锡的高超技艺。据周纬先生指出。他曾在前中央研究院历史语言所见到“殷商时代之虎面铜盔数具，其中完整之一具，内部红铜尚好，外面一层厚锡，镀法精美，光耀如新，且烁有白光，此盔里面底质，系粗糙之xx红铜，并末腐锈”。[28]这种铜上镀锡技术的发明，具有重要的意义，盔具采用红铜，因其质软。便于冷加工成所需要的器形，又可以节省中原缺乏的锡，然红铜在空气中久置，会因腐蚀而使其表面发灰，镀锡之后，利用锡的化学性能稳定的特点，保护铜器不受气氧化，并且“光耀如新”，这充分说明我国先秦时期金属处理工艺水平之高，是我国古代创造的一项{zy1}的化学成就。
四、战国时期的金属兵器兴盛与秦始皇统一中国
在我们的远古祖先华夏族的形成过程中，传说“黄帝”与“蚩尤”发生了一次大规模的战争。《史记·孝武本纪》载：“黄帝采首阳山铜，铸鼎于荆山之下”。而南方部首领“蚩尤作兵”，武器较好，黄帝在炎帝的帮助下，终于打败了蚩尤。然后，挥兵南下，“五十二战而天下咸服，”逐渐与炎帝部落融合。孕育了中华民族的“炎黄子孙。”事隔二千余年之后，我国历史上又出现了一次更 大规模的具有重大意义的统一战争，那就是秦始皇兼并六国，建立统一的封建集权制国家，当时，铁器已经广泛地用于农业与手工业之中，在许多方面已经替代了铜器，极大地促进了生产力的发展，。社会状态已经由青铜时代进入铁器兴起的时代，铁兵器也开始在军事上运用，江淹《铜剑赞序》日[29]
“古者以铜为兵，春秋迄予于战国，战国迄于秦时，攻争纷乱，兵革互兴。铜既不克给，故以 铁足之铸铜。既难，求铁甚易，故铜 兵转少铁兵转多。”可见是时正值“铜兵”向“铁兵”的转变的重要历史时期。七国之中，楚、韩、燕等国xx先后采用了铁制兵器。公元前三世纪游历过楚国的xx学者荀子曾说过：楚人“宛钜，铁池”，惨如蜂蚕。”[30]大刚曰钜，当是钢制兵器，也是是蛇矛，可见当时楚国制造的钢铁兵器十分锋利，象蜂蝎一样厉害。而西方的秦昭王对此曾经深表忧虑：“吾闻楚之铁剑利而倡优拙。夫铁剑利则士勇，倡优拙则思虑远，夫以远思虑而御勇士，恐楚之图秦也。”[31]大量考古的发现xx证实了古籍记载，湖南等地的是楚国的重要组成部分。已经发掘出许多的铁制的武器，有剑、xx、矛、戟、的镞等等，其中以剑的数量最多，它的长度大大超过了一般的青铜剑，在一米左右，最长达1。4米，几乎是当时青铜剑长度的三倍左右。[16]在广西平乐县银山岭曾发掘一批战国中晚期墓葬，出土了成套的铁制的兵器，如剑、矛、镞、铖、戈、斧、削杀矢等[1]，据考证均是楚文化 器物，从而印证了楚焯王用吴起“南平百粤”史实，1976年在长沙杨家山楚墓中出土了一把铜格钢剑，通长38。4厘米，经金相学研究。剑铁属球状光体组织，含碳量。0.5-0.6%，剑身断面可以看出反复锻打的层次，笔者认为，钢剑的制作是用“渗碳制钢法”而成的，即将块炼铁放在炽热的木炭中长期加热反复锻打使碳份渗入表层成分钢的组织。成为两汉魏晋时期盛行的 “百炼钢”的先驱。这是我我国目前最早的一把钢剑，其年代相当于春秋晚期，不仅把我国钢的出现时间提早了两个世纪，而且把过去公认在战国晚期发明的“渗碳制钢法”的时间亦提前了数百年，这是特别的值得指出的。与钢剑同时出土的还有一个铁鼎，经金相学研究，它属莱氏体的铸铁，“这样就把我国铸铁的发明时间也提早到了春秋末期，比欧洲使用铸铁的时代要早二千一百多年。”[1]钢剑和铁鼎的出现，以江苏六合所出之春秋晚期铁条与铁弹丸的研究，以最早的事实，充分说明块炼铁（白口铸铁）冶炼技术在我国是同时发展起来的。成为我国古代钢铁生产的特色，而我国生铁冶炼技术之所以这么早就已经出现，又与商周青铜冶炼技术的高度发达的情况密不可分，即它是在冶铜业的内部出现的。而当时北方的燕国，使用铁制兵器相当普遍。河北易县燕下都44号墓中，出土遗物一千四百八十件，其中铁制兵器，如剑，矛、戟、盔、甲片等占了65%，而铜兵器只占32.5%[1]，反映了战国晚期，铁兵的运用日趋普遍，在某些地区比铜兵占有更大的优势。据对九件铁兵的金相研究，六件为铁或钢制品。三件为经柔化脱碳处理的生铁制品，特别是钢剑和钢戟的制作是在“渗碳制钢法”的基础上，又经历了“卒火”处理，以增强兵器的硬度和强度，从而把我国掌握卒火技术的实际年代又提早了两个世纪[32]。但是，铁兵仍不能xx低替铜兵，一方面由于各国使用铁兵器并不普遍，主要仍是使用铜兵，另一方面，由于块炼铁与白口铸铁性能与青铜相比，均有一些明显的缺点。如白口铸铁性很脆硬，同时易崩裂，块软铁又是海绵状的，不应作利器，因此，它们制作兵器是不适宜的。尽管很早就出现了“渗碳制钢法”和“铸钢柔化术”，由于这些技术要求很高，同时制造大批优质铁兵的困难是很大的，因此，在当时七雄“攻争纷乱，兵举互兴“的过程中，铁兵与铜兵并举争锋，交相辉映。强大的秦国却只用青铜兵器，在秦始皇兵马坑中，出土了数万件兵器，其质均为青铜，制作精美，十分锋利，保存完好，有的甚至锋刃如霜，显示了秦代冶铸工艺的水平。同坑中铁兵罕见，却出现了大量铁制工具，又反映了当时秦国虽然已有大量铁器广泛用于生产实践与日常生活。但在军事上仍然主要采用青铜兵器。尤其值得指出的，这里除了远射武器。如弩机与矢镞，主要是长兵武器，如铜铍、戈、矛、戟等等，特别是剑器，不再是短器了，而是伸长到一米左右，可以与铁剑的长度相比，这也从一个侧而说明了秦国青铜兵器制造技术水平的显著提高。这些秦代兵器可以说是青铜兵器发展史上的极端，至此之后的汉代，由于制钢技术的重大突破。优质铁兵大量生产，才逐渐全面代替铜兵占据了武器的主流，铜兵才开始消失，这标志着我国社会进入xx的铁器时代。如果从兵器史的角度看，在七国争雄的战争中，秦国是采用传统的青铜兵器战胜了掌握新兴铁兵的楚、韩、燕等国，然而，决定战争胜负的因素不光是兵器的新旧之分，而主要应从当时的社会历史形势来看，春秋晚期，铁器作为一种新兴生产工具出现，起了划时代的重大影响，加速了奴隶制的崩溃，促进了封建因素的出现，引起了社会生活的急剧变化。至战国时期，各国为了适应生产力的迅速发展，先后进行了“变法运动”确立了封建制度，实现统一已成为历史发展的必须趋势。秦国的社会改革进行得最为彻底，国家日益强大，至秦始皇即位之时，国力已经达到左右当时局势的程度。“自商鞅变法以来，秦国始终注意发展生产，奖励战功，军认勇敢善战……因此终于由秦国完成了统一的事业”[33]出土的秦皇始兵马坑，规模宏伟。气势磅礴，陶俑、陶马与真人真马一般大小，形态逼真，成千上万地排列成严整密集的军阵队容，生动地再现了当时秦国雄兵百万，兵强马壮，统一中国的雄强声势与宏伟图景。
注释：
1) 《文物考古工作三十年》，文物出版社，1979年
2) 甘肃省博物馆：《甘肃武威皇娘娘台遗址发掘报告》，《考古学报》，1960年，2期。
3) 电子探针，是对物质微区化学成分进行研究的精密仪器。它将电子束（细约1微米）在真空条件下照在样品一定的区域，依此区域所含各种元素发射的X光的波长和强度，可以鉴定这个区域元素及其含量。
4) 北钢院：《中国冶金简史》，科学出版社，北京，1978年。
5) 《化学发展简史》。科学出版社。北京，1980年。
6) 北钢院：《中国古代冶金》，文物出版社，北京，1978年。
7) 《越绝书》卷十一“宝剑外传记”
8) 郭沐若：《中国史稿》，{dy}册。人民出版社，北京，1976年。
9) 碳14法。是一种利用xx同位素碳14衰变速度测定有机物质年龄的方法，时间范围在数百年至五万年，由美国化学家W·F·Libby于1946年提出，现已广泛适用于考古学和其他方面。
10) 恩格斯：《家庭公有制和国家的起源》，见《xxx恩格斯全集》卷25。
11) 高至喜等：《湖南商周考古的新发现》，《光明日报》1979年1月24日。
12) 杜西松：《中国古代青铜器小词典》，文物出版社，北京，1980年。
13) 考古研究所：《安阳殷墟五号墓的发拙》，《考古学报》1977年
14) 《战国策》卷三秦策。
15) （清）戴震《考工记图》，商务印书馆，上海，1955年，页一0。
16) 杨泓：《中国古兵器论丛》，文物出版社，北京，1980年。
17) （日）道野鹤松：《殷墟品型金属品的化学研究》，《东洋史集说》富山房，东京，1941年。
18) H H Cohlan：“Notes on the Prehistoric Meal of Copper and Bronre in the Old world，Occasional Papers on Thchnology”,Pitt Rives Musium,Univerisity of Oxford, Lond on P-4(1951)
19) 张子高:《中国化学史稿》古代之部，科学出版社，北京，1964年，页25。
20) （明）李时珍：《本草纲目》铅条。
21) 梁津：《周代合金成份考》，《中国古代金属化学及金丹术》，中国科学图书仪器公司，1955年。
22) 华觉明《中国古代钢铁技术的特色及其形成》，《科技史文集》第3辑，1980年。
23) 秦鸣：《临漳县秦俑坑兵马俑军阵内容及兵器试探》，《文物》，1975年11期。
24) 韩汝玢等《秦始皇陶俑坑出土的铜镞表面氧化层的研究》，《自然科学史研究》，2卷，1983年，4期。
25) 刘占城：《秦俑坑出土的铜铍》，《文物》，1982年3期。
26) 杨根：《云南晋宁石寨山青器的化学分析》，《考古学报》，1958年7期。
27) 袁翰青：《化学通报》，1964年1期，页56。
28) 周纬《中国兵器史稿》，生活、读书新知三联书店，1957年，页151。
29) 《郭沫若全集·历史篇一》，“青铜器时代”，人民出版社，北京， 1982年 ， 页598
30) 《苟子·议兵篇》
31) 《史记·范睢列传》
32) 北钢院：《易县燕下都44号墓铁器金相学初步考察报告》《考古》，1975年4期
33) 郭沫若：《中国史稿》，第二册，人民出版社，北京，1979年。页109。
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