假若混合物是包裹在纸、布、皮中或充塞在陶罐、石孔里的,燃烧的时候由于体积突然膨胀,增加到几千倍,就会发生爆炸。
这就是*燃烧爆炸的原理。
和其他发明创造一样,火药的发明也经历了一个长时间的实践和认识过程,随着生产的发展、社会的进步而逐步完善。
火药应用于军事以后,在制造技术上和性能上逐渐有所发展和提高。北宋仁宗时(公元1040年左右),以熟悉法令典故而著称的宰相曾公亮等编写的军事著作《武经总要》前集卷12里,已经详细记载炮火药、蒺藜火药、毒烟火药的配制方法。
火炮药用焰硝四十两,硫磺十四两,木炭十四两,外加竹茹、麻茹、清油、桐油、磺蜡、干漆、砒磺、磺丹、定粉、浓油等。其组配比例为硝50.6%、硫磺26.6%、木炭22.8%。
蒺藜火药用焰硝四十两,硫磺二十两,木炭五两,外加竹茹、麻茹、小油、桐油、沥青、磺蜡、干漆等。其组配比例为硝50%、硫磺25%、木炭25%
制毒药烟球用焰硝三十两,硫磺十五两,木炭五两,外加巴豆、*、狼毒、草乌头、磺蜡、竹茹、麻茹、小油、桐油、沥青等,其组配比例为硝49.06%、硫磺24.8%、木炭25.6%;
上述三个火药配方说明,用硝石、硫磺、木炭为基本原料,再掺杂一些其他物质,就可以配制成不同性能和用途的火药。这三个配方,既是经过宋军试用改造后优良的定型制品,又是各地配制火药的样本。其硝、硫、炭之间的组配比率,渐趋合理。
但是,和现代黑色火药比较,这三种火药的组配率还有一定的差距(现代黑色火药的标准配方:硝75%、硫磺10%、木炭15%),由于氧化剂硝石的含量太低,供氧不足,低熔点可燃物硫磺的含量太多,又掺有很多其他成份,其性能只具有纵火、散毒、放烟的作用。
《武经总要前集》所载“霹雳火球”
就是按上述第一配方而制的,它也不是爆炸性火器,名为霹雳,是由于火药后竹竿爆裂,发出很大响声,又由于竹竿爆裂,球体内的炽热瓷片散飞附近,可以伤人,所以说它有爆炸性火器的萌芽。
由此可见,北宋初期的火药,一方面已经有了相当的发展,另一方面配方成份也很复杂,还是一种低级火药。北宋末期所出现的“霹雳炮”、“铁火炮”,其中装药则肯定已经是具有爆炸性能的火药了。
宋元两朝,战场上出现了各种火器,应用日益广泛。战争的需求促进了火药性能的不断改良。到了元代,火药配方中硝的含量已经明显增加,达到了60%,硫磺和炭各占20%左右。制造工艺也有所改良,减少了杂质,剔除了火药中的缓燃物质,成品多为颗粒状,具有了较大威力。
到了明代,火药的发展取得很大的进步,达到了更高的水平。
成书于明代前期的《火龙神器阵法》,记载了多种火药配方,并提出“必要知药性之宜”
才能“得火攻之妙”
,较《武经总要》已有较大的发展。
戚继光于公元1560年(嘉靖三十九年)写成的《纪效新书布城诸器图说》中,对铳用发射火药的配方和制造工艺,记载的更为详细。
其配方为“硝一两,磺一钱四分,柳炭一钱八分”
,这种组配率,是硝石75.
75%,硫磺10.
6%,木炭13.
65%,和现代黑色火药的标准组配率已经基本一致。
不同组配比率的传统火药配方,在《武备志制火器法》中多有记载。
其中,用作火箭流星及浸泡药线的火药配方是“磺居硝六分之一,炭居硝五分之一,折算的组配比率为硫磺硝73.
2%、硫磺12.
2%、木炭14.
6%。
爆炸药配方是“磺居硝三分之一或四分之一,炭居硝四分之一,折算的组配比率为硝66.
6%、硫磺16.
7%、木炭16.
7%。
火炮及鸟铳*的配方是“磺居硝十分之一,炭同之”
,折算的组配比率为硝83.
3%、硫磺8.
35%、木炭8.
35%。
用硫或炭的同种异性原料组成的火药配方甚多,可以配制成不同的火药。如《兵录火攻药性》中说,“雄黄气高而火焰”,可以配制燃烧强烈的火药;“石黄气猛而火烈”,可以配制烈性火药;“砒黄气臭而毒”,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。