七十八、关于火药
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火药，中国四大发明之一。人类文明史上的一项杰出的成就。火药又被称为黑火药。是在适当的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气的物质。在军事上主要用作枪弹、炮弹的发射药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成部分。
一、炼丹术与火药的发明
火药的研究开始于古代炼丹术，古人为求长生不老而炼制丹药，炼丹术的目的和动机都是荒谬和可笑的，但它的实验方法还是有可取之处，最后导致了火药的发明。恩格斯高度评价了中国在火药发明中的首创作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”
1、硫磺、硝石、木炭性质的探索
火药由硫磺、硝石、木炭混合而成。很早以前，我们的先人对这三种物质就有了一定认识。早在新石器时代人们在烧制陶器时就认识了木炭，把它当做燃料。商周时期，人们在冶金中广泛使用木炭。木炭灰分比木柴少，强度高，是比木柴更好的燃料。硫磺天然存在，很早人们就开采它。在生活和生产中经常接触到硫磺，如温泉会释放出硫磺的气味，冶炼金属时，逸出的二氧化硫刺鼻难闻，这些都会给人留下印象。古人掌握最早的硝，可能是墙角和屋根下的土硝，硝的化学性质很活泼,能与很多物质发生反应，它的颜色和其他一些盐类区别不大，在使用中容易搞错，在实践中人们掌握了一些识别硝石的方法。南北朝时的陶弘景“草木经集注”中就说过：“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用火焰反应鉴别钾盐的方法相似（硝石的主要成分是硝酸钾）。硝石和硫磺一度被作为重要的药材，在汉代的《神农本草经》中，硝石被列为上品中的第六位，认为它能治20多种病。硫磺被列为中品药的第三位，也能治10多种病。这样人们对硝石和硫磺的研究就更为重视。虽然人们对硝石、硫磺、木炭的性质有了一定的认识，但是硝石、硫磺、木炭按一定比例放在一起制成火药还是炼丹家的功劳。
2、炼丹术中的化学方法
炼丹术起源很早，《战国策》中已有方士向荆王献不死之药的记载。汉武帝也妄想“长生久视”，向民间广求丹药，招纳方士，并亲自炼丹。从此，炼丹成为风气，开始盛行。历代都出现炼丹方士，也就是所谓的炼丹家。炼丹家的目的是寻找长生不老之药，这样的目的是不可能达到的。炼丹术流行了一千多年，最后还是一无所获。但是，炼丹术所采用的一些具体方法还是有可取之处的，它显示了化学的原始形态。
炼丹术中很重要的一种方法就是“火法炼丹”。它直接与火药的发明有关系。所谓“火法炼丹”大约是一种无水的加热方法，晋代葛洪在“抱朴子”中对火法有所记载，火法大致包括：煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、灸（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又叫升，就是升华）、优（加热使物质变性）。这些方法都是最基本的化学方法，这也是炼丹术这种愚昧的职业能够产生发明的基础。炼丹家的虔诚和寻找长生不老之药的挫折，使得炼丹家不得不反复实验和寻找新的方法。这样就为火药的发明创造了条件。在发明火药之前，炼丹术已经得到了一些人造的化学药品，如硫化汞等。这可能是人类最早用化学合成法制成的产品之一。
炼丹起火，启示人们认识并发明火药。
3、火药的发明
炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老之药，因此火药的发明具有一定的偶然性。
炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用之前，常用烧灼的办法“伏” 一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这种手续称为“伏火”。唐初的名医兼炼丹家孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有：硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木碳消去三分之一，就退火，趁还没冷却，取入混合物，这就伏火了。
唐朝中期有个名叫清虚子的，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。
伏火的方子都含有碳素，而且伏硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧，以去掉它们的猛毒。
虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应，并采取措施控制反应速度，但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。《太平广记》中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个很重要的经验，就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药，这种药被称为“着火的药”，即火药。由于火药的发明来自制丹配药的过程中，在火药发明之后，曾被当做药类。《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫，辟湿气、瘟疫。
火药不能解决长生不老的问题，又容易着火，炼丹家对他并不感兴趣。火药的配方由炼丹家转到军事家手里，就成为中国古代四大发明之一的黑色火药。
二、中国古代火药配方的演变
火药，顾名思义就是能着火的药，触火即燃是它的主要特性。叫它做“药”，是因为制造火药的两种主要成份－硝和硫磺都是药品，所以叫做火药。与依靠空气中氧气才能进行燃烧的物质不同，火药是由硝石释放氧气完成燃烧过程的自供氧燃烧体系，因而可以在密闭的容器中燃烧。由此可见，硝石在火药中扮演着氧化剂的角色。而硫磺在火药燃烧中扮演着还原剂的角色，是火药能够爆炸的重要因素。
在春秋晚期(公元前六世纪)，有一个叫计然的人就说过：“石流黄出汉中”，“消石出陇道”。石流黄就是硫磺；消石就是硝石，古时还称焰硝、火硝、苦硝、地霜等。可见早在春秋战国时期，木炭、硫磺、硝石已经为人们所熟知。在我国第一部药材典籍汉代的《神农本草经》里，硝石、硫磺都被列为重要的药材。即使在火药发明之后，火药本身仍被引入药类。明代著名医药学家李时珍所著的《本草纲目》中，说火药能治疮癣、杀虫、辟湿气和瘟疫。
1、对火药成分的认识
火药是由练丹家发明的。由汉代到唐代，练丹家经过长期的探索和大胆的试验，虽然没有达到练出“仙丹”的目的，但在练制“仙丹”的过程中发明了火药。
人们对组成火药的三种成分的性质有了一定认识。早在商周时期，人们在冶金中已经广泛使用木炭。在实践中，已经了解到木炭是比木柴更好的燃料。硫磺有天然存在，人们很早就开采它。同时在冶炼中，逸出的刺鼻的二氧化硫和温泉中四溢的硫磺气直接地刺激着人们的感官。就在这些接触中，人们逐渐认识到硫的一些性能。除了获知它对某些皮肤病有特别的疗效外，还有某些奇特的性质。如《神农本草经》里说：“石硫磺……能化金银铜铁，奇物。”就是说硫能和铜铁等金属化合。我国最早一本炼丹著作东汉的《周易参同契》里，记载硫和水银化合生成红色硫化汞的反应。硫的这些性能在从事炼丹的方士眼里很受器重。硫不仅能和铜铁等金属化合，还能把那神奇的水银制服。于是练丹家们在妄图用水银炼制所谓的“金液”、“还丹”中，常常使用硫。在实验中，人们还发现，硫着火容易飞升，性质活泼，很难擒制。要使它药性缓和变成比较容易控制，练丹家们采用了一种名叫“伏火法”的办法，就是经过和其他某些易燃物质混合加热或进行某种程度的燃烧，使它变性。
火药的发明就和这类硫磺伏火的实验有密切联系。硝的引入是制取火药的关键。硝的化学性质很活泼，撒在赤炭上立即就产生焰火，能和许多物质发生作用，所以在炼丹中，常用硝来改变其他药品的性质。同时又有很多伏火硝石的方法。又因为硝石的颜色和其他一些盐类如朴硝(硫酸钠)等差别不大，在使用中容易搞错，因此人们还掌握了识别硝石的方法。南北朝时期的医药家陶弘景在《本草经集注》中指出：“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用焰色反应来鉴别硝酸钾是相似的。这为后来大量地采用硝石做了技术上的准备。
对炭、硫、硝三种物质性能的认识，为火药的发明准备了条件。在我国封建社会的上升阶段，由于医药学和炼丹活动的发展，特别是通过长期的实践，人们在伏火硫磺、伏火硝石的多次实验中观察到，点燃硝石、硫磺、木炭的混合物，会发生异常激烈的燃烧。
2、唐代火药配方
唐代练丹家们于公元682年（唐高宗永淳元年）首创硫磺伏火法，在《诸家神品丹法》卷五中载有“孙真人丹经内伏硫磺法”：取硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角子逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石烧起焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木炭消去三分之一，就退火，趁还没有冷却，取出混合物，这就伏火了。从这一记载可见，当时已经掌握了硝、硫、炭混合点火会发生剧烈反应的特点，因而采取措施控制反应速度，防止爆炸。
公元808年（唐宪宗元和三年），又创“伏火矾法”。同类的实验在唐中期的《铅汞甲庚至宝集成》卷二中也出现。有个名叫清虚子的，在讲“伏火矾法”时说道：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里面，烟渐起，以湿纸四五重盖，用方砖片捺以土冢之，候冷取出，其硫磺伏住。”在这个实验里，野生植物马兜铃和上面实验中的皂角子一样，都是代替炭起燃烧作用的。同样也注意防止混合物的激烈燃烧。这样的操作方法是经过反覆实践的经验总结。
以上两种配方，把三种药料混合起来，已经初步具备火药所含的成分，在理论上近似2KNo2＋s＋3c＝K2s＋3co2↑＋N2↑＋Q方程式。不过所用的药料是天然品，没有经过提炼，质地既不纯净，份量也不标准，所以火药的力量还是微弱。
关于失败的教训也有记载。成书约在五代时期(公元十世纪)一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书就告诫说，拿硫磺、硝石、雄磺(As2s2)和蜜合起来一块烧，会发生焰火，把人的脸和手烧坏，还能直冲屋上，把房子也烧了。由此可见人们已经熟知这类混合物燃烧爆炸的性能，在炼丹中加以防止。人们有意识地利用这类混合物的这一性能，火药就被掌握了。
经过炼丹家们不断的改进，大约到晚唐时期（九世纪末叶），中国发明的黑色火药便正式出现了。当时发明的火药，现在叫黑火药；因为它呈褐色，又有人叫它褐色火药。它是硝酸钾、硫磺、木炭三种粉末的混合物。这种混合物极容易燃烧，而且燃烧起来相当激烈。这是因为硝酸钾是氧化剂，加热的时候释放出氧气。硫和炭容易被氧化，是常见的还原剂。把它们混合燃烧，氧化还原反应迅猛进行，反应中放出高热和产生大量气体。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。这就是黑火药燃烧爆炸的原理。
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。
3、宋代火药配方
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、砒霜、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。
4、明朝火药配方
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%。火炮及鸟铳发射药的配方是“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。第二步是将捣碎的硫磺放入锅中加淡水煮沸，去除杂质，倒入瓮盆内沉淀一天后，将沉淀物剔除，取得粗硫。第三步是按10斤硫磺倒入2.5斤牛油和1斤麻油的比例，进行煎煮，使油不粘糊硫磺，再用柏叶加入锅中与硫磺同煮，吸去锅中成黑色的渣滓。第四步是将去渣的粗硫放入沸油中煎煮，待油面泛起黄沫后，放入盆中冷却，最后除去面上的黄沫和杂质，取出无渣滓、去油性的纯净硫磺，这种硫磺呈柠檬色块状结晶。
木炭粉是火药中的助燃物，其质量优劣能影响火药的燃烧速度。焙制木炭时，最好选用清明前后的柳条，因为此时的柳条叶芽将萌未萌，养分集中在柳条上。如果将这种枝直条匀的柳条取下，去皮除节，自然封干，尔后再焙制成炭，碾成粉末。用这种木炭粉配制的火药，因木炭的去皮而无烟，去节而无树脂，从而提高了燃烧速度和的各向均匀性，增强了瞬时爆发力。
5、配制火药的工艺流程
配制火药的工艺流程共四步。第一步是将精选和提炼过的硝、硫、炭，按配制火药的要求，秤准份量，按配方比例，分别放入石臼或木槽中，反复捣碾多次，使之成为细末。第二步是将碾细的硝、硫、炭三种粉末，按比例混合放入木臼中，再加入量的纯水或烧酒，将混合物拌合成湿泥形态，并用木杵捣碾成千上万次。在捣碾过程中，严禁沙石杂入臼中，以免磕碰后生火成灾。当混合物将干时，加水再捣，使混合物充分匀和细腻，尔后取出日晒。第三步是对成品进行质量检查。选取一部分晒干的火药样品，放在纸上燃烧，如果迅速燃尽而纸张完好无损，则是合格制品。或者将样品放在手心中燃烧，火药燃毕而手心不觉热者，说明成品燃速快，是合格制品。反之，如果火药燃毕后在纸上留有黑心白，或手心感到烧灼者，则为不合格制品，需要反工再次捣碾，直到合格为止。其四是筛选合格药粒，赵士祯在写成于公元1598年（明神宗万历二十六年）的《神器谱》中说：火药的颗粒，“粗大者不用，下细者不用，止取如粟米一般者入铳”，说明当时对火药颗粒大小与火药燃烧速度的关系，已经有了深刻的认识。将经过检验合格的药块破碎成粒，用粗细不同的箩筛，分别筛出大铳（炮）、佛郎机和鸟铳所用的大中小各种火药粒，不成粒状的可以用作火门引火药，剩下的细粉末全部剔除。这种按枪炮口径和药室大小，选用相应档次的粒状火药的目的，既是为了提高发射威力，也是为了保证发射时的安全。
中国古代火器的发展自18世纪初叶逐渐衰萎，清代在第一次鸦片战争前所用的火药，大体仍按明代火药配制理论和技术，采用人工操作的办法配制而成。而同期西方工业革命，极大地促进了火药和火器技术的发展。
清军在第一次鸦片战争中战败后，清朝一些统兵将领导和火药研制人员，发现了旧制火药的不足。为了改良火药性能，进行了大量改进配制工艺的试验，将提炼硝的次数从一次增加到三次，尔后按硝8斤，硫磺粉1斤2两、炭粉1斤6两的配比份量，放在石臼中，用槐榆木制的坚木杵捣拌成千上万次，制成组配比率为硝 76%、硫10.7%、炭13.3%的发射火药。经对比试验，和英军发射药的性能基本相当。
中国古代火药发明后，在军事使用中在不断地改进和提高。其发展规律是：配制上由没有严格比例到有一定比例；成份上庞杂到简单、纯净；形状上由粉末到颗粒。火药的燃烧、爆炸和发射三种性能，也逐渐被应用到火器中去。
三、火药的发明者
火药由我国古代著名的炼丹家葛洪发明，他和孙思邈曾在洛阳长期逗留过，他们生活在隋代和唐代早期，京兆华原(今陕西省耀县)人。他博涉经史百家学术，通达道经佛典，总结了唐以前的临床攻理论，收集方药、针炙等内容，编著为《千金要方》、《千金翼方》等书，在医学上有较大贡献，被后世尊为“药王”。他不仅是伟大的医药学家，而且是著名的炼丹家，自号“孙真人”。他是总结以前炼丹家经验基础上收集河洛地区和关中地区炼丹家的配方，最后提出硫磺伏火法这种较为管用的配方。他老人家有一天不晓得抓了些什么硫、硝、炭的东西就爆炸了，所以我们今天才有了火药。火药是中国古代炼丹家在炼丹过程中发明的。人类最早使用的火药是黑火药，它是我国劳动人民在一千多年前发明的。它的发明，闻名于世，被称为我国古代科技的四大发明之一，在化学史上占有重要的地位。总之，火药的发明与传播，和孙思邈有着千丝万缕的联系。
四、火药的应用
火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技——药发傀儡宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效!
1、唐朝时的火药
火药发明之前，火攻是军事家常用的一种进攻手段，那时在火攻中，用了一种叫做火箭的武器，它是在箭头上绑一些像油脂、松香、硫磺之类的易燃物质，点燃后用弓射出去，用以烧毁敌人的阵地。如果用火药代替一般易燃物，效果要好得多。火药发明之前，攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球，来消灭敌人。火药发明之后，利用抛石机抛掷火药包以代替石头和油脂火球。据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。
2、两宋时的火药
到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。
火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。《武经总要》中记录的早期火药兵器，还没有脱离传统火攻中纵火兵器的范畴。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。
硝酸钾、硫磺、木炭粉末混合而成的火药被称为黑火药或者叫褐色火药。这种混合物极易燃烧，而且烧起来相当激烈。如果火药在密闭的容器内燃烧就会发生爆炸。火药燃烧时能产生大量的气体（氮气、二氧化碳）和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。《金史》对震天雷有这样的描述：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎并无迹，甲铁皆透”。这样的描述可能有一点夸张，但是这是对火药威力的一个真实写照。
火器的发展有赖于火药的研究和生产。《武经总要》中记录了三个火药配方。唐代火药含硫、硝的含量相同，是1比1，宋代为1比2，甚至接近1比3。已与后世黑火药中硝占四分之三的配方相近。火药中加入少量辅助性配料，是为了达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。火药是在制造和使用过程中不断改进和发展的。
1044年曾公亮主编的《武经总要》一书中介绍了三种火药配方，以不同的辅料，达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕的不同目的。
宋代由于战争不断，对火器的需求日益增加，宋神宗时设置了军器监，统管全国的军器制造。军器监雇佣工人四万多人，监下分十大作坊，生产火药和火药武器各为一个作坊，并占有很重要的地位。史书上记载了当时的生产规模：“同日出弩火药箭七千支，弓火药箭一万支，蒺藜炮三千支，皮火炮二万支”。这些都促进了火药和火药兵器的发展。
南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火枪。火枪是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火枪二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火枪，突火枪是用粗竹筒作的，这种管状火器与火枪不同的是，火枪只能喷射火焰烧人，而突火枪内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火枪开创了管状火器发射弹丸的先声。现代枪炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。
突火枪又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。
3、明代的应用
明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙**出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
五、探索火药发明之谜
据史书记载，我国古代的炼丹家在长期的炼制丹药过程中，发现硝、硫磺和木炭的混合物能够燃烧爆炸，由此诞生了中国古代四大发明之一的火药。公元808年，唐朝炼丹家清虚子撰写了《太上圣祖金丹秘诀》，其中的“伏火矾法”是世界上关于火药的最早文字记载，中国学术界由此认为火药的发明不迟于公元808年。但作为火药最主要的原料——硝的熬制地点在哪里，一直困扰着从事此项研究的专家。
由四川省川西北地质工程勘察院、北京华城九洲文化研究所、四川省绵阳市文物局等单位组成的“中国古代火药原料科学考察探险队”，对老君山进行了为期5天的实地考察。发现老君山地区有朝阳洞、天雨洞、高官洞等十几个人工开凿的山洞，其洞深在数百米至近十公里不等。考察队在朝阳洞等山洞中，发现了排列有序的用来生产的硝池，以及堆积如山的下脚料、废弃物和生活用的灶台等。其中烟子洞宽约60米，高达50米，在长约１公里的山洞内，人为形成了4处数百平方米的工作面，每个工作面均有几个硝池和大大小小的灶台，洞内还散落着大量破碎的明朝以前的瓷器。
专家们通过对山洞内的硝池、灶台、水槽的考察，认为当时提炼硝的技术已经相当成熟，并初步推算出一担土可以提取8两至12两硝。此外，灶台口径小的0.6米，大的1.5米，大灶台可以满足100多人一天的伙食。
“考察组的专家已初步确认：老君山的这些洞穴是为了采硝而开凿，时间不会迟于清代以前。”考察队组织者之一、北京古代建筑博物馆原馆长徐向东介绍说，“我们发现老君山是与火药发明有关的文物富集区，是我国迄今为止发现的规模最大的火药原料基地，这对于彻底弄清古代火药的发明和生产过程具有重要意义。”
专家们通过对老君山周边环境及文化的考察，发现重华镇物产有限，交通不便，却汇集了江西、广东、福建、湖北、湖南、陕西、浙江等省的会馆，有的会馆至今保存完好。专家们一致认为，极有可能是经营硝的各省客商云集在这里，并建起了各省的会馆。在这些会馆的旁边，至今还有一条名为“火炮街”的古街，当地居民说这条街古代是经营火药原料和爆竹的。
专家们还认为，四川是中国本土教道教的发祥地，两汉前后道教炼丹盛行，火药又是道教的发明，而老君山的深山密林中至今有宋代修建的４座道教教观，这其中一定有必然的联系。而作为火药基本原料的硝、木炭、硫磺，在当地也都一应俱全，具备了火药生产的基本条件。
徐向东称，国家文物局专家组组长罗哲文在看了探险队的文字考察报告和照片后，认为“这是一个重大发现，能找到火药发明的物证的话，太令人振奋了”。国家文物局文研所所长荣大为同样认为“这是重大发现，意义深远，一定要做好保护工作”。如果经过进一步考察论证，老君山就是中国火药的发明地，并且是中国历史上规模最大的火药原料开采地，那将是中国和全世界考古界的最为重大的发现之一。
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火药，中国四大发明之一。人类文明史上的一项杰出的成就。火药又被称为黑火药。是在适当的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气的物质。在军事上主要用作枪弹、炮弹的发射药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成部分。
一、炼丹术与火药的发明
火药的研究开始于古代炼丹术，古人为求长生不老而炼制丹药，炼丹术的目的和动机都是荒谬和可笑的，但它的实验方法还是有可取之处，最后导致了火药的发明。恩格斯高度评价了中国在火药发明中的首创作用：“现在已经毫无疑义地证实了，火药是从中国经过印度传给阿拉伯人，又由阿拉伯人和火药武器一道经过西班牙传入欧洲。”
1、硫磺、硝石、木炭性质的探索
火药由硫磺、硝石、木炭混合而成。很早以前，我们的先人对这三种物质就有了一定认识。早在新石器时代人们在烧制陶器时就认识了木炭，把它当做燃料。商周时期，人们在冶金中广泛使用木炭。木炭灰分比木柴少，强度高，是比木柴更好的燃料。硫磺天然存在，很早人们就开采它。在生活和生产中经常接触到硫磺，如温泉会释放出硫磺的气味，冶炼金属时，逸出的二氧化硫刺鼻难闻，这些都会给人留下印象。古人掌握最早的硝，可能是墙角和屋根下的土硝，硝的化学性质很活泼,能与很多物质发生反应，它的颜色和其他一些盐类区别不大，在使用中容易搞错，在实践中人们掌握了一些识别硝石的方法。南北朝时的陶弘景“草木经集注”中就说过：“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用火焰反应鉴别钾盐的方法相似（硝石的主要成分是硝酸钾）。硝石和硫磺一度被作为重要的药材，在汉代的《神农本草经》中，硝石被列为上品中的第六位，认为它能治20多种病。硫磺被列为中品药的第三位，也能治10多种病。这样人们对硝石和硫磺的研究就更为重视。虽然人们对硝石、硫磺、木炭的性质有了一定的认识，但是硝石、硫磺、木炭按一定比例放在一起制成火药还是炼丹家的功劳。
2、炼丹术中的化学方法
炼丹术起源很早，《战国策》中已有方士向荆王献不死之药的记载。汉武帝也妄想“长生久视”，向民间广求丹药，招纳方士，并亲自炼丹。从此，炼丹成为风气，开始盛行。历代都出现炼丹方士，也就是所谓的炼丹家。炼丹家的目的是寻找长生不老之药，这样的目的是不可能达到的。炼丹术流行了一千多年，最后还是一无所获。但是，炼丹术所采用的一些具体方法还是有可取之处的，它显示了化学的原始形态。
炼丹术中很重要的一种方法就是“火法炼丹”。它直接与火药的发明有关系。所谓“火法炼丹”大约是一种无水的加热方法，晋代葛洪在“抱朴子”中对火法有所记载，火法大致包括：煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、灸（局部烘烤）、熔（熔化）、抽（蒸馏）、飞（又叫升，就是升华）、优（加热使物质变性）。这些方法都是最基本的化学方法，这也是炼丹术这种愚昧的职业能够产生发明的基础。炼丹家的虔诚和寻找长生不老之药的挫折，使得炼丹家不得不反复实验和寻找新的方法。这样就为火药的发明创造了条件。在发明火药之前，炼丹术已经得到了一些人造的化学药品，如硫化汞等。这可能是人类最早用化学合成法制成的产品之一。
炼丹起火，启示人们认识并发明火药。
3、火药的发明
炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老之药，因此火药的发明具有一定的偶然性。
炼丹家对于硫磺、砒霜等具有猛毒的金石药，在使用之前，常用烧灼的办法“伏” 一下，“伏”是降伏的意思。使毒性失去或减低，这种手续称为“伏火”。唐初的名医兼炼丹家孙思邈在“丹经内伏硫磺法”中记有：硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐子里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石起烧焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木碳消去三分之一，就退火，趁还没冷却，取入混合物，这就伏火了。
唐朝中期有个名叫清虚子的，在“伏火矾法”中提出了一个伏火的方子：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里内，烟渐起。”他用马兜铃代替了孙思邈方子中的皂角，这两种物质代替碳起燃烧作用的。
伏火的方子都含有碳素，而且伏硫磺要加硝石，伏硝石要加硫磺。这说明炼丹家有意要使药物引起燃烧，以去掉它们的猛毒。
虽然炼丹家知道硫、硝、碳混合点火会发生激烈的反应，并采取措施控制反应速度，但是因药物伏火而引起丹房失火的事故时有发生。《太平广记》中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。还有一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌握了一个很重要的经验，就是硫、硝、碳三种物质可以构成一种极易燃烧的药，这种药被称为“着火的药”，即火药。由于火药的发明来自制丹配药的过程中，在火药发明之后，曾被当做药类。《本草纲目》中就提到火药能治疮癣、杀虫，辟湿气、瘟疫。
火药不能解决长生不老的问题，又容易着火，炼丹家对他并不感兴趣。火药的配方由炼丹家转到军事家手里，就成为中国古代四大发明之一的黑色火药。
二、中国古代火药配方的演变
火药，顾名思义就是能着火的药，触火即燃是它的主要特性。叫它做“药”，是因为制造火药的两种主要成份－硝和硫磺都是药品，所以叫做火药。与依靠空气中氧气才能进行燃烧的物质不同，火药是由硝石释放氧气完成燃烧过程的自供氧燃烧体系，因而可以在密闭的容器中燃烧。由此可见，硝石在火药中扮演着氧化剂的角色。而硫磺在火药燃烧中扮演着还原剂的角色，是火药能够爆炸的重要因素。
在春秋晚期(公元前六世纪)，有一个叫计然的人就说过：“石流黄出汉中”，“消石出陇道”。石流黄就是硫磺；消石就是硝石，古时还称焰硝、火硝、苦硝、地霜等。可见早在春秋战国时期，木炭、硫磺、硝石已经为人们所熟知。在我国第一部药材典籍汉代的《神农本草经》里，硝石、硫磺都被列为重要的药材。即使在火药发明之后，火药本身仍被引入药类。明代著名医药学家李时珍所著的《本草纲目》中，说火药能治疮癣、杀虫、辟湿气和瘟疫。
1、对火药成分的认识
火药是由练丹家发明的。由汉代到唐代，练丹家经过长期的探索和大胆的试验，虽然没有达到练出“仙丹”的目的，但在练制“仙丹”的过程中发明了火药。
人们对组成火药的三种成分的性质有了一定认识。早在商周时期，人们在冶金中已经广泛使用木炭。在实践中，已经了解到木炭是比木柴更好的燃料。硫磺有天然存在，人们很早就开采它。同时在冶炼中，逸出的刺鼻的二氧化硫和温泉中四溢的硫磺气直接地刺激着人们的感官。就在这些接触中，人们逐渐认识到硫的一些性能。除了获知它对某些皮肤病有特别的疗效外，还有某些奇特的性质。如《神农本草经》里说：“石硫磺……能化金银铜铁，奇物。”就是说硫能和铜铁等金属化合。我国最早一本炼丹著作东汉的《周易参同契》里，记载硫和水银化合生成红色硫化汞的反应。硫的这些性能在从事炼丹的方士眼里很受器重。硫不仅能和铜铁等金属化合，还能把那神奇的水银制服。于是练丹家们在妄图用水银炼制所谓的“金液”、“还丹”中，常常使用硫。在实验中，人们还发现，硫着火容易飞升，性质活泼，很难擒制。要使它药性缓和变成比较容易控制，练丹家们采用了一种名叫“伏火法”的办法，就是经过和其他某些易燃物质混合加热或进行某种程度的燃烧，使它变性。
火药的发明就和这类硫磺伏火的实验有密切联系。硝的引入是制取火药的关键。硝的化学性质很活泼，撒在赤炭上立即就产生焰火，能和许多物质发生作用，所以在炼丹中，常用硝来改变其他药品的性质。同时又有很多伏火硝石的方法。又因为硝石的颜色和其他一些盐类如朴硝(硫酸钠)等差别不大，在使用中容易搞错，因此人们还掌握了识别硝石的方法。南北朝时期的医药家陶弘景在《本草经集注》中指出：“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用焰色反应来鉴别硝酸钾是相似的。这为后来大量地采用硝石做了技术上的准备。
对炭、硫、硝三种物质性能的认识，为火药的发明准备了条件。在我国封建社会的上升阶段，由于医药学和炼丹活动的发展，特别是通过长期的实践，人们在伏火硫磺、伏火硝石的多次实验中观察到，点燃硝石、硫磺、木炭的混合物，会发生异常激烈的燃烧。
2、唐代火药配方
唐代练丹家们于公元682年（唐高宗永淳元年）首创硫磺伏火法，在《诸家神品丹法》卷五中载有“孙真人丹经内伏硫磺法”：取硫磺、硝石各二两，研成粉末，放在销银锅或砂罐里。掘一地坑，放锅子在坑里和地平，四面都用土填实。把没有被虫蛀过的三个皂角子逐一点着，然后夹入锅里，把硫磺和硝石烧起焰火。等到烧不起焰火了，再拿木炭来炒，炒到木炭消去三分之一，就退火，趁还没有冷却，取出混合物，这就伏火了。从这一记载可见，当时已经掌握了硝、硫、炭混合点火会发生剧烈反应的特点，因而采取措施控制反应速度，防止爆炸。
公元808年（唐宪宗元和三年），又创“伏火矾法”。同类的实验在唐中期的《铅汞甲庚至宝集成》卷二中也出现。有个名叫清虚子的，在讲“伏火矾法”时说道：“硫二两，硝二两，马兜铃三钱半。右为末，拌匀。掘坑，入药于罐内与地平。将熟火一块，弹子大，下放里面，烟渐起，以湿纸四五重盖，用方砖片捺以土冢之，候冷取出，其硫磺伏住。”在这个实验里，野生植物马兜铃和上面实验中的皂角子一样，都是代替炭起燃烧作用的。同样也注意防止混合物的激烈燃烧。这样的操作方法是经过反覆实践的经验总结。
以上两种配方，把三种药料混合起来，已经初步具备火药所含的成分，在理论上近似2KNo2＋s＋3c＝K2s＋3co2↑＋N2↑＋Q方程式。不过所用的药料是天然品，没有经过提炼，质地既不纯净，份量也不标准，所以火药的力量还是微弱。
关于失败的教训也有记载。成书约在五代时期(公元十世纪)一本名叫《真元妙道要略》的炼丹书就告诫说，拿硫磺、硝石、雄磺(As2s2)和蜜合起来一块烧，会发生焰火，把人的脸和手烧坏，还能直冲屋上，把房子也烧了。由此可见人们已经熟知这类混合物燃烧爆炸的性能，在炼丹中加以防止。人们有意识地利用这类混合物的这一性能，火药就被掌握了。
经过炼丹家们不断的改进，大约到晚唐时期（九世纪末叶），中国发明的黑色火药便正式出现了。当时发明的火药，现在叫黑火药；因为它呈褐色，又有人叫它褐色火药。它是硝酸钾、硫磺、木炭三种粉末的混合物。这种混合物极容易燃烧，而且燃烧起来相当激烈。这是因为硝酸钾是氧化剂，加热的时候释放出氧气。硫和炭容易被氧化，是常见的还原剂。把它们混合燃烧，氧化还原反应迅猛进行，反应中放出高热和产生大量气体。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。这就是黑火药燃烧爆炸的原理。
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。
3、宋代火药配方
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、砒霜、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。
4、明朝火药配方
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%。火炮及鸟铳发射药的配方是“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。第二步是将捣碎的硫磺放入锅中加淡水煮沸，去除杂质，倒入瓮盆内沉淀一天后，将沉淀物剔除，取得粗硫。第三步是按10斤硫磺倒入2.5斤牛油和1斤麻油的比例，进行煎煮，使油不粘糊硫磺，再用柏叶加入锅中与硫磺同煮，吸去锅中成黑色的渣滓。第四步是将去渣的粗硫放入沸油中煎煮，待油面泛起黄沫后，放入盆中冷却，最后除去面上的黄沫和杂质，取出无渣滓、去油性的纯净硫磺，这种硫磺呈柠檬色块状结晶。
木炭粉是火药中的助燃物，其质量优劣能影响火药的燃烧速度。焙制木炭时，最好选用清明前后的柳条，因为此时的柳条叶芽将萌未萌，养分集中在柳条上。如果将这种枝直条匀的柳条取下，去皮除节，自然封干，尔后再焙制成炭，碾成粉末。用这种木炭粉配制的火药，因木炭的去皮而无烟，去节而无树脂，从而提高了燃烧速度和的各向均匀性，增强了瞬时爆发力。
5、配制火药的工艺流程
配制火药的工艺流程共四步。第一步是将精选和提炼过的硝、硫、炭，按配制火药的要求，秤准份量，按配方比例，分别放入石臼或木槽中，反复捣碾多次，使之成为细末。第二步是将碾细的硝、硫、炭三种粉末，按比例混合放入木臼中，再加入量的纯水或烧酒，将混合物拌合成湿泥形态，并用木杵捣碾成千上万次。在捣碾过程中，严禁沙石杂入臼中，以免磕碰后生火成灾。当混合物将干时，加水再捣，使混合物充分匀和细腻，尔后取出日晒。第三步是对成品进行质量检查。选取一部分晒干的火药样品，放在纸上燃烧，如果迅速燃尽而纸张完好无损，则是合格制品。或者将样品放在手心中燃烧，火药燃毕而手心不觉热者，说明成品燃速快，是合格制品。反之，如果火药燃毕后在纸上留有黑心白，或手心感到烧灼者，则为不合格制品，需要反工再次捣碾，直到合格为止。其四是筛选合格药粒，赵士祯在写成于公元1598年（明神宗万历二十六年）的《神器谱》中说：火药的颗粒，“粗大者不用，下细者不用，止取如粟米一般者入铳”，说明当时对火药颗粒大小与火药燃烧速度的关系，已经有了深刻的认识。将经过检验合格的药块破碎成粒，用粗细不同的箩筛，分别筛出大铳（炮）、佛郎机和鸟铳所用的大中小各种火药粒，不成粒状的可以用作火门引火药，剩下的细粉末全部剔除。这种按枪炮口径和药室大小，选用相应档次的粒状火药的目的，既是为了提高发射威力，也是为了保证发射时的安全。
中国古代火器的发展自18世纪初叶逐渐衰萎，清代在第一次鸦片战争前所用的火药，大体仍按明代火药配制理论和技术，采用人工操作的办法配制而成。而同期西方工业革命，极大地促进了火药和火器技术的发展。
清军在第一次鸦片战争中战败后，清朝一些统兵将领导和火药研制人员，发现了旧制火药的不足。为了改良火药性能，进行了大量改进配制工艺的试验，将提炼硝的次数从一次增加到三次，尔后按硝8斤，硫磺粉1斤2两、炭粉1斤6两的配比份量，放在石臼中，用槐榆木制的坚木杵捣拌成千上万次，制成组配比率为硝 76%、硫10.7%、炭13.3%的发射火药。经对比试验，和英军发射药的性能基本相当。
中国古代火药发明后，在军事使用中在不断地改进和提高。其发展规律是：配制上由没有严格比例到有一定比例；成份上庞杂到简单、纯净；形状上由粉末到颗粒。火药的燃烧、爆炸和发射三种性能，也逐渐被应用到火器中去。
三、火药的发明者
火药由我国古代著名的炼丹家葛洪发明，他和孙思邈曾在洛阳长期逗留过，他们生活在隋代和唐代早期，京兆华原(今陕西省耀县)人。他博涉经史百家学术，通达道经佛典，总结了唐以前的临床攻理论，收集方药、针炙等内容，编著为《千金要方》、《千金翼方》等书，在医学上有较大贡献，被后世尊为“药王”。他不仅是伟大的医药学家，而且是著名的炼丹家，自号“孙真人”。他是总结以前炼丹家经验基础上收集河洛地区和关中地区炼丹家的配方，最后提出硫磺伏火法这种较为管用的配方。他老人家有一天不晓得抓了些什么硫、硝、炭的东西就爆炸了，所以我们今天才有了火药。火药是中国古代炼丹家在炼丹过程中发明的。人类最早使用的火药是黑火药，它是我国劳动人民在一千多年前发明的。它的发明，闻名于世，被称为我国古代科技的四大发明之一，在化学史上占有重要的地位。总之，火药的发明与传播，和孙思邈有着千丝万缕的联系。
四、火药的应用
火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技——药发傀儡宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效!
1、唐朝时的火药
火药发明之前，火攻是军事家常用的一种进攻手段，那时在火攻中，用了一种叫做火箭的武器，它是在箭头上绑一些像油脂、松香、硫磺之类的易燃物质，点燃后用弓射出去，用以烧毁敌人的阵地。如果用火药代替一般易燃物，效果要好得多。火药发明之前，攻城守城常用一种抛石机抛掷石头和油脂火球，来消灭敌人。火药发明之后，利用抛石机抛掷火药包以代替石头和油脂火球。据宋代路振的《九国志》记载，唐哀帝时（十世纪），郑王番率军攻打豫章（今江西南昌），“发机飞火”，烧毁该城的龙沙门。这可能是有关用火药攻城的最早记载。
2、两宋时的火药
到了两宋时期火药武器发展很快。据《宋史·兵记》记载：公元970年兵部令史冯继升进火箭法，这种方法是在箭杆前端缚火药筒，点燃后利用火药燃烧向后喷出的气体的反作用力把箭簇射出，这是世界上最早的喷射火器。公元1000年，士兵出身的神卫队长唐福向宋朝廷献出了他制作的火箭、火球、火蒺藜等火器。1002年，冀州团练使石普也制成了火箭、火球等火器，并做了表演。
火药兵器在战场上的出现，预示着军事史上将发生一系列的变革。从使用冷兵器阶段向使用火器阶段过渡。火药应用于武器的最初形式，主要是利用火药的燃烧性能。《武经总要》中记录的早期火药兵器，还没有脱离传统火攻中纵火兵器的范畴。随着火药和火药武器的发展，逐步过度到利用火药的爆炸性能。
硝酸钾、硫磺、木炭粉末混合而成的火药被称为黑火药或者叫褐色火药。这种混合物极易燃烧，而且烧起来相当激烈。如果火药在密闭的容器内燃烧就会发生爆炸。火药燃烧时能产生大量的气体（氮气、二氧化碳）和热量。原来体积很小的固体的火药，体积突然膨胀，猛增至几千倍，这时容器就会爆炸。这就是火药的爆炸性能。利用火药燃烧和爆炸的性能可以制造各种各样的火器。北宋时期使用的那些用途不同的火药兵器都是利用黑火药燃烧爆炸的原理制造的。蒺藜火球、毒药烟球是爆炸威力比较小的火器。到了北宋末年爆炸威力比较大的火器向“霹雳炮”、“震天雷”也出现了。这类火器主要是用于攻坚或守城。公元1126年，李纲守开封时，就是用霹雳炮击退金兵的围攻。金与北宋的战争使火炮进一步得到改进，震天雷是一种铁火器，是铁壳类的爆炸性兵器。元军攻打金的南京（今河南开封）时金兵守城时就用了这种武器。《金史》对震天雷有这样的描述：“火药发作，声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎并无迹，甲铁皆透”。这样的描述可能有一点夸张，但是这是对火药威力的一个真实写照。
火器的发展有赖于火药的研究和生产。《武经总要》中记录了三个火药配方。唐代火药含硫、硝的含量相同，是1比1，宋代为1比2，甚至接近1比3。已与后世黑火药中硝占四分之三的配方相近。火药中加入少量辅助性配料，是为了达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。火药是在制造和使用过程中不断改进和发展的。
1044年曾公亮主编的《武经总要》一书中介绍了三种火药配方，以不同的辅料，达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕的不同目的。
宋代由于战争不断，对火器的需求日益增加，宋神宗时设置了军器监，统管全国的军器制造。军器监雇佣工人四万多人，监下分十大作坊，生产火药和火药武器各为一个作坊，并占有很重要的地位。史书上记载了当时的生产规模：“同日出弩火药箭七千支，弓火药箭一万支，蒺藜炮三千支，皮火炮二万支”。这些都促进了火药和火药兵器的发展。
南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火枪。火枪是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火枪二十余条”。公元1259年，寿春地区有人制成了突火枪，突火枪是用粗竹筒作的，这种管状火器与火枪不同的是，火枪只能喷射火焰烧人，而突火枪内装有“子巢”，火药点燃后产生强大的气体压力，把“子巢”射出去。“子巢”就是原始的子弹。突火枪开创了管状火器发射弹丸的先声。现代枪炮就是由管状火器逐步发展起来的。所以管状火器的发明是武器史上的又一大飞跃。
突火枪又被称为突火筒，可能它是由竹筒制造的而得此名。《永乐大典》所引的《行军须知》一书中提到，在宋代守城时曾用过火筒，用以杀伤登上城头的敌人。到了元明之际，这种用竹筒制造的原始管状火器改用铜或铁，铸成大炮，称为“火铳”。
3、明代的应用
明代在作战火器方面，发明了多种“多发火箭”，如同时发射10支箭的“火弩流星箭”；发射32支箭的“一窝蜂”；最多可发射100支箭的“百虎齐奔箭”等。明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙**出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。
五、探索火药发明之谜
据史书记载，我国古代的炼丹家在长期的炼制丹药过程中，发现硝、硫磺和木炭的混合物能够燃烧爆炸，由此诞生了中国古代四大发明之一的火药。公元808年，唐朝炼丹家清虚子撰写了《太上圣祖金丹秘诀》，其中的“伏火矾法”是世界上关于火药的最早文字记载，中国学术界由此认为火药的发明不迟于公元808年。但作为火药最主要的原料——硝的熬制地点在哪里，一直困扰着从事此项研究的专家。
由四川省川西北地质工程勘察院、北京华城九洲文化研究所、四川省绵阳市文物局等单位组成的“中国古代火药原料科学考察探险队”，对老君山进行了为期5天的实地考察。发现老君山地区有朝阳洞、天雨洞、高官洞等十几个人工开凿的山洞，其洞深在数百米至近十公里不等。考察队在朝阳洞等山洞中，发现了排列有序的用来生产的硝池，以及堆积如山的下脚料、废弃物和生活用的灶台等。其中烟子洞宽约60米，高达50米，在长约１公里的山洞内，人为形成了4处数百平方米的工作面，每个工作面均有几个硝池和大大小小的灶台，洞内还散落着大量破碎的明朝以前的瓷器。
专家们通过对山洞内的硝池、灶台、水槽的考察，认为当时提炼硝的技术已经相当成熟，并初步推算出一担土可以提取8两至12两硝。此外，灶台口径小的0.6米，大的1.5米，大灶台可以满足100多人一天的伙食。
“考察组的专家已初步确认：老君山的这些洞穴是为了采硝而开凿，时间不会迟于清代以前。”考察队组织者之一、北京古代建筑博物馆原馆长徐向东介绍说，“我们发现老君山是与火药发明有关的文物富集区，是我国迄今为止发现的规模最大的火药原料基地，这对于彻底弄清古代火药的发明和生产过程具有重要意义。”
专家们通过对老君山周边环境及文化的考察，发现重华镇物产有限，交通不便，却汇集了江西、广东、福建、湖北、湖南、陕西、浙江等省的会馆，有的会馆至今保存完好。专家们一致认为，极有可能是经营硝的各省客商云集在这里，并建起了各省的会馆。在这些会馆的旁边，至今还有一条名为“火炮街”的古街，当地居民说这条街古代是经营火药原料和爆竹的。
专家们还认为，四川是中国本土教道教的发祥地，两汉前后道教炼丹盛行，火药又是道教的发明，而老君山的深山密林中至今有宋代修建的４座道教教观，这其中一定有必然的联系。而作为火药基本原料的硝、木炭、硫磺，在当地也都一应俱全，具备了火药生产的基本条件。
徐向东称，国家文物局专家组组长罗哲文在看了探险队的文字考察报告和照片后，认为“这是一个重大发现，能找到火药发明的物证的话，太令人振奋了”。国家文物局文研所所长荣大为同样认为“这是重大发现，意义深远，一定要做好保护工作”。如果经过进一步考察论证，老君山就是中国火药的发明地，并且是中国历史上规模最大的火药原料开采地，那将是中国和全世界考古界的最为重大的发现之一。
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