清代的金属工艺「清朝的发明」

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清代冶金业超过了明代中叶的水平。据地质调查所统计，19年全国旧法炼铁产量为17万余吨，清代晚期铁的产量当与之相近。铜大量用于铸钱。康熙年间（62—1722）云南东川等地铜的最高年产量达1400余万斤，称为滇铜，其中1100万斤以上用于铸钱。此外，锡、铅、锌的生产有较大发展，白铜生产也有相当规模。

炼铁

清代炼铁炉的规模与明代大体相同，据屈大均《广东新语》记载：“炉之状如瓶，其口上出，口广丈许，底厚三丈五尺，崇半之，身厚二尺有奇”，筑炉用灰沙盐醋，外束藤条，用木料支护，鼓风木扇高五、六尺，宽四尺，由四人操作，装料用“机车”，一昼夜可出铁12版，每版300斤，日产量约1.8吨。道光初年严如煜《三省边防备览》记汉中铁厂炼铁炉，高约6米，外用木料支护，成为方形，用风箱鼓风，由十余人轮流曳引，每座竖炉包括采矿、运输炉料在内需工匠百余人。明清时使用焦炭和“机车”炼铁是传统钢铁技术出现向现代钢铁技术转变趋势的重要标志，也是这种转变已有了现实可能性的证明。

坩埚炼铁是中国特有的炼铁方法。咸丰《青州府志》记载：“康熙二年，孙廷铨召山西人至此，得熔铁之法。凿取石，其精良为石、次为硬石，击而碎之，和以煤，盛以筒，置方炉中，周以礁火。初犹未为铁也，复碎之，易其简与炉，加大火，每石得铁二斗，为生铁。复取其恶者，置圆炉中，木火攻其下，一人执长钩和搅成团出之，为熟铁，减其生之二焉”。这是迄今所知坩埚炼铁最早的文献记载。坩埚炼铁的优点在于炉体构造简单，操作简便，成本低廉，适合使用当地材料。英国人宿克来1899年统计晋城、阳城、太原等地坩埚铁年产量达5万吨。

清代仍流传百炼钢工艺。清末魏源《海国图志》征引林则徐奏章：“至熟铁则不可铸而但可打造。其打造之法，用铁条烧熔百炼，逐渐旋绕成团，每五斤熟铁方能炼成一斤，坚刚光滑无比。”

锌是从十六世纪起传入欧洲的。埃契森《金属史》提到：“1745年有一批金属锭块从广州交付给瑞典，但货船沉没于哥德堡港。大约于1842年，其中一部分锭块被打捞起来并证实为98.99％的锌。”英国勃列斯托地方于1738年开始生产锌，其工艺即源自中国。金属加工清代传统金属加工工艺具有较高的水平。山西晋城、广东佛山等重要冶铁中心都有铁线行，用当地产的熟铁拔丝。粗细铁丝的逐次拉拔成形和锻造都经过中间退火。

四川泸定桥是建于康熙四十五年（1706）的铁索桥，长103米，宽2.8米，由九根铁索组成，铁索用粗9厘米的锻铁链节接续而成。四川老君桥铁索则用眼杆式链节组成。由此可见锻接质量之好。清代芜湖汤天池，梁应达以善锻铁画著称，现芜湖仍保存这一传统工艺。清代除了有渗碳热处理工艺外，还有化学热处理工艺。陈克恕《篆刻针度》记载了化学热处理工艺。

铸造型范在泥型铸造方面，成批生产的中、小型铸件已采用可重复使用的“半永久”泥型。这种工艺直到近代仍广泛流传，如创立于道光十七年（1837）的无锡王元吉冶坊即以铸造薄壁锅著称，可铸出壁厚仅0.7—1毫米厚的灰口铁锅，一副铸型可用200次左右。

清代宫廷手工业以失蜡法为制作爵、铏、簋、豆等艺术铸件的主要工艺手段。据《广储司磁器库铜作则例》记载，爵的蜡模是用“剥蜡法”制作的，即将蜡片在模板上压制花纹，再焊接成器形。据记载，剥蜡法和拔蜡法在明清时期都是常规工艺，有很细的分工和工料定额。

铸炮铁范清代创制了铸炮铁范。魏源《海国图志》所辑《铸炮铁模图说》详细论述了由泥型翻制铁范，再用铁范铸炮的工艺过程。书中还总结了铁范铸炮可多次使用以及节省人力、物料，生产效率高，适合于战备需要等优点，与现代铸造工程学对金属型的认识是基本一致的。此书作者龚振麟重视学习西方先进科学技术，在传统工艺的基础上首创此法，创制了新式炮架，并于1842年撰成此书。遗憾的是，他的发明未得到广泛应用。他写的《铸炮铁模图说》一书，是世界上最早系统论述铸铁金属型铸造的专著。

机械

清代在农业、纺织、矿冶、交通运输、建筑、军事等方面所普遍采用的仍然是传统机械，但在某些方面有所发展。例如纺织机械就已达到很高水平，其中最有代表性的是张力自控式多锭纺纱车。这种纺车上的牵伸机构和加压装置都是很重要的发明。又如周庆云《盐法通志》所载：“风车者，借风力回转以为用也，车凡高二丈余，直径二丈六尺许。上安布帆八叶，以受八风。中贯木轴，附设平行齿轮。帆动轴转，激动平齿轮，与水车之立齿轮相搏，则水车腹页周旋，引水而上。此制始于安凤官滩，用之以起水也。”这种立帆式风轮，是我国沿海产盐区用以提升海水的机械，是根据古代风车和船帆原理设计出来的。它的特点在于不受风向改变的影响，即无论风向如何，风轮总是朝同一个方向旋转。这是一项构思巧妙的发明。

此外，在十七世纪以后西方传入的机械仪器的启发和激励下，我国一些科学家对其“轮捩机轴之学”深感兴趣，并且独立作出了许多新的发明，其中尤以光学仪器的研制更为突出。如清初黄履庄曾制成龙尾车（汲水机械），自动驱暑扇（自动风扇）和许多光学仪器；郑复光在《镜镜詅痴》中对各种光学仪器作了相当全面的介绍；邹伯奇独立发明了照相机；道光年间科学家黄履庆创造性地把取景器和千里镜（望远镜）结合起来，能摄数里之外之影，历历如绘，实际上已是天文照相机的雏形。

鸦片战争前后，我国已开始研究和仿制西方机床、蒸汽机、内燃机、船舶、纺织机械和农业机械等。如丁拱辰（1800—1875）对蒸汽机、蒸汽机车和蒸汽机船进行了早期的系统研究。他精通数理，擅长机械制造。1831—1841年间，他先后制作了机车模型和轮船模型，这是中国机械史和交通史上很有意义的一件事。他制造的直立双作往复式小机车，长1尺9寸，阔9寸，可载重30余斤，其锅炉、蒸汽机全为铜质，这是中国第一台火车头雏形。1841年，他写成《演炮图说辑要》，其中的《西洋火轮车、火轮船图说》，为中国自著的第一部关于蒸汽机、机车和轮船的著作。

此外，魏源、龚振麟、郑复光等人也对蒸汽机等西方机械进行了介绍和研究，扩大了西方机械的影响。如1840年鸦片战争爆发后英军入侵舟山时，龚振麟见到英军用蒸汽机驱动的火轮，于是他参考林则徐提供的《车轮船图》进行仿制，先用人力驱动叶轮，在湖中试航成功，后又制成更大的舰只，可在海洋中行驶。1841年春，龚振麟又把只能直击的旧式炮架改成能上下左右改变射击角度和方位的新式炮架和炮车。这种新式炮车灵巧坚固，富有成效。