书城科普读物站在巨人肩上-从门捷列夫谈化学起源
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第8章 我国的化学发展(2)

龙山文化,据14C测定,年代距今约4300~3800年,黑陶是最具代表性的器物,尤以“蛋壳黑陶”最为精美。这种艺术的珍品是用细泥黏土经过精细加工烧造的。在陶坯成形后半干时,用细石打磨,显出光泽。在将烧成时,用泥封闭窑顶和窑门,并在窑顶上徐徐加水,使它渗入火膛,导致产生乌黑的浓烟,把陶器熏黑。这种黑陶使用时间越长,因手的按摩,表面越显光亮。在陶窑方面,对仰韶文化的横穴窑进行了改进,加深了火膛,缩小了火口,使空气更充足,有助于提高窑温。窑室呈圆形,可使温度均匀,窑壁上部向内作弧形收缩,便于封窑。

同时,龙山文化晚期还出现用高岭土烧制的白陶,为后来原始瓷器的发明奠定了基础。

龙山文化之后,随着原始公社制度的进一步解体,逐步过渡到奴隶社会。到了商代(公元前1711—前1066年),由于青铜器的兴起,青铜器的制作成就辉煌。从商周到春秋战国的1000余年中,陶器的重要地位逐渐为青铜器所替代。作为国家权力和贵族财富、地位象征的青铜器,已成为国事活动和上层社会不可或缺的重器。但在日常生活中,陶器却应用得更为广泛了。不仅数量增多,质量也有所提高,新的器形不断涌现。这时的陶器以灰陶为主,当时已有专门烧制泥质灰陶和专门烧制泥质夹砂灰陶的不同作坊,陶器的形制、纹饰、彩缯往往模仿青铜器,其精美可以与青铜器媲美,连王侯贵族也乐于使用。但到后期,白陶和印纹硬陶有很大发展,尤以白陶最为精美,纹饰采用青铜器的艺术特点,装饰华丽,弥足珍贵。同时,还出现了用高岭土作胎施青色釉的原始瓷器。

釉陶的产生是制陶工艺的又一个大进步。釉陶的产生与印纹硬陶的出现有着密切的关系。出土的商代釉陶,质地坚硬,敲击时有铿锵之声。到了商代中、后期,施釉的陶器明显增多,表明人们已从无意识地发现釉料发展到有意识地配制釉料。对出土的商用周釉陶的釉进行分析,证明当时使用的釉是石灰釉。釉的发明是制陶工艺的一项重大成就,是发展成瓷器的重要一步。商代的石灰釉就是后世青瓷釉的鼻祖。随着实践,人们对釉的认识不断深化,后来便进而掌握了瓷器、琉璃的生产。

商代已出现原始瓷器了。1952年在郑州二里岗出土的商代中期的印纹瓷罐肩片和瓷尊,就属于这类原始瓷器,在前几年新发现的湖北黄陂盘龙城、河北藁城、江西吴城等商代遗址中,也出土了大批的原始瓷器。

秦代陶器的品种繁多,大多仿自铜器的造型。最惹人注目的是兵马俑,被誉为世界奇观。个个形体高大,和真人真马大小相似,形象生动而传神。

汉陶俑的制作也极为艺术化,出土的说书人俑神形皆备,令人叹服。汉代的砖瓦艺术也达到了相当高的程度,其画面精细,内容丰富,极富时代气息,多侧面地反映了当时的社会生活和风土人情。

三国两晋南北朝时期的陶器,由于瓷器在日常生活中的广泛使用,逐渐不为人们所重视,所以制陶业呈现衰落局面。

在南北朝的陶塑艺术基础上,唐代三彩陶俑的出现,更是将陶塑艺术推向了一个高峰。无论是造型、施彩或是制作都达到了相当高度,为后世所不及。

紫砂陶产生于宋,盛行于明中叶以后,一直为人们所喜爱,至今仍长盛不衰。特别是紫砂陶优良的质地,美观古朴典雅的色泽,更是令古代文人雅士们倾倒,于是紫砂陶茶具上诗、书、画、篆刻一应俱全,成为我国茶文化的一个组成部分。古朴高雅的紫砂陶历来为藏家所珍爱,成了文物中一个独特的品种。

(二)制瓷技术的起源与发展

在英文中,“China”不仅代表中国,而且也是瓷器的意思,“中国”是“瓷器”的同义词。这是因为瓷器是中国古代伟大的发明,古代西方的瓷器和以后的制造技术都是从中国“批发”去的。欧洲人面对玲珑剔透的瓷器,爱不释手,因为它来自中国,便用“中国”作为瓷器的代名词了。

中国瓷器的发明,大约有3000多年的历史了。它的发明是在制陶技术不断发展和提高的基础上产生的。瓷器的前身是粗瓷,远在秦汉时就能生产。到三国时期,青瓷作为瓷器的代表诞生了。它的制作过程是先将高岭土做成瓷坯,在“坯骨”中掺入酸性氧化物,在鼓风装置吹动下经1000℃的高温煅烧,使瓷坯玻璃化。经煅烧后瓷坯便成为不吸水、玲珑可爱的瓷器。

1953年以来,我国考古工作者在河南、安徽、江苏、浙江、新疆和陕西等地,先后发现了许多商、周时期的带釉窑器,品种很多。由于这些敷釉器皿质地坚硬,表面光滑,轻轻敲打能发出清脆的响声,又由于其外观和骨胎成分等方面,具有陶与瓷的特点,所以人们称它们是“原始青瓷”或“原始瓷器”。可以认为,从新石器时代晚期到商代,中国出现的用瓷土作原料,经1000℃以上高温烧成的刻纹白陶和印纹硬陶,都是原始瓷器出现的基础。

1924年,在河南信阳擂鼓台,发现了汉和帝永元十一年(公元99年)的早期青瓷,近年来,又在浙江上虞一带出土了东汉后期的青瓷。解放后,从遍及南北的墓葬中,出土了许多东汉、三国、两晋时代的青瓷器皿。从这些出土的青瓷来看,由于普遍地采用了优质的矿物原料作为坯体,胎质坚硬,不吸水,而且釉层厚,釉色深,光泽好,反映了东汉以来至魏晋时制瓷的高度水平。

为了研究青瓷的发明和发展情况,有关科研机关对两汉、三国的一些样品组作了分析化验,结果发现许多青瓷器坯体不仅由高岭土一类原料制成,而且在胎骨中酸性氧化物二氧化硅相对地增加了,碱性氧化物氧化钙、氧化镁、氧化钠等都相对地减少,这种情况导致青瓷烧成温度不断提高,达到1000℃以上。在这样高温下烧成的青瓷器,其胎骨的玻化程度高,而且坚硬变形少,加上坯料加工精细,大砂粒和其他杂质基本上除去,同时其表面施有一层青色玻璃质釉,所以成品美观而不吸水。这种制瓷技术的高水平,标志着中国瓷器生产已进入一个新的时代。

瓷器所以引人注目,很重要一个原因,就是其坯体施有一种或几种颜色的釉药。中国早在商代就发明了釉,而首先被烧造出来的是青釉,即石灰釉。它以氧化钙为助熔剂。它是我国传统的瓷釉,沿用了几千年,形成中国瓷釉的独特风格。另一种釉是铅釉,它以氧化铅为助熔剂。铁、铜、锰、钴等金属元素起呈色作用。

汉代多色釉,就是铅釉中含有铁、铜呈色元素所引起的结果。仅就铁的呈色原理来说,铁的氧化物有两种:一种是氧化亚铁,使釉呈绿色;一种是三氧化铁,使釉呈黑褐色或赤色。釉中的铁如用还原焰烧炼,就能变成氧化亚铁;如用氧化焰烧炼,就能变成三氧化铁。唐代的越窑烧炼的千峰翠色瓷,就是由工人凭经验掌握铁的变化过程而制造的。在这种传统的技术经验基础上,通过不断实践,中国后世制作青瓷的技术更加提高,产品也更加精妙了。

在釉药的发明和发展过程中,中国古代的玻璃制造技术也得到了发展。1976年在陕西省宝鸡茹家庄地区发掘出的西周都市遗址中,发现四种不同形式的玻璃扁珠和绿色玻璃管状项链。在这以前,也曾从金村、长沙、辉县等地战国墓葬中,出土过一批白色、翠绿色、暗绿色的玻璃制品,色泽美观,大都半透明,据分析,它们大多是含铅量较高的铅玻璃,可见,中国古代的玻璃制造技术同铅釉的发明和发展是密切相关的,历史渊源也是由来已久的。

中国白釉瓷器萌芽于南北朝,发展于隋朝。到了唐代,河北内丘县刑窑的白瓷,已经发展为青、白两大瓷系的主流。当时著名的瓷窑除刑窑之外,还有江西景德镇和四川大邑窑。1958年在江西景德镇梅亭出土的唐代白碗,据研究,白瓷胎含氧化钙较多,烧成温度已经达到1200℃,瓷的白度也达到了70%以上,接近现代高级细瓷的标准。这一成就的深远意义在于为釉下彩(包括青花瓷器)和釉上彩瓷器的发展打了基础。

宋代瓷器,在胎质、釉彩和制作技术等方面,又有了新的提高,是我国瓷业发展上的一个重要阶段,是烧瓷技术达到完全成熟的时期。在工艺技术上,对于选土、粉碎、淘洗、炼泥、配料、制胎、施釉、管火等都有明确的分工。这种生产的分工,既标志着瓷业的新发展,也促进了专门技术水平的提高。在宋代制瓷技术中,在河南禹县钧窑发现了窑变现象。釉中所含各种呈色元素铁、铜等,在窑中烧制时,由于火焰的性质和温度的高低的不同,所成的釉就具有各种不同的颜色,五光十色,光彩夺目,突破了以往青、白瓷的单纯色调。

如果说瓷胎原料和釉药配制是影响瓷器质量优劣的重要因素,那么古代瓷窑结构也同样是非常重要的。据考古资料,中国战国初期的窑型结构,已比商、周时期更为进步。

宋窑结构的革新,也很难得重视,就北宋龙泉窑而论,它是龙式窑,依山而建,窑腔庞大,一窑可置墩170多排,每排可容1300百多件,估计一次可烧成瓷器2万~25万件。窑中部作弧形,可降低火焰流速,窑温可充分利用,窑温均匀稳定,使成品釉色一致,老嫩差异很小。当时由于北方烧瓷也由烧柴的直火窑,改进为烧炭的倒火焰式窑,因此也大大提高了产品质量。宋代龙窑结构的废热利用,比欧洲霍甫曼式窑的废热调节火候法还要早1000多年。

元代时北方有以铜呈色,彩泽别致的釉里红瓷器。对此,景德镇工人又加以提高,制造成功了一种以钴土矿作颜料的釉下彩青花瓷器。这一烧瓷技术成就,既继承了宋瓷的优良传统。又为明代烧瓷技术的高水平发展,打下了基础。

明代的烧瓷技术,较之前代又有较大的进步。其突出表现是精制白釉的烧制成功。这种细腻莹澈白釉由于所含氧化铅和二氧化硅的成分特别高,并适量增加了氧化钾的含量,所以瓷釉透亮明快,纯白如奶。白釉质量的提高,为单色釉和彩釉的发展提供了优越条件。

烧瓷条件的另一个成就是彩瓷的出现。“彩瓷”一般分为“釉上彩”与“釉下彩”两大类。在胎胚上先画好花鸟图案,再上釉后入窑烧炼的彩瓷,叫做“釉下彩”;在上釉后入窑烧成好了的瓷器上再加以彩绘,又经炉火烘烧而成的彩瓷,叫做“釉上彩”。

我国著名的青花瓷器就是釉下彩瓷的一种。青花瓷器是一种白地蓝花的作品,是明代瓷器生产中的主流品种之一。明代制瓷的另一项重要成就,就是以铜为呈色剂的单色釉瓷器获得了很大的成功。

明代瓷器丰富多彩,就单色釉瓷而言,永乐有鲜红、翠青;宣德有宝石红;弘治有娇黄;正德有孔雀丝、回青;嘉靖有孔雀蓝,其中鲜红、宝石红等铜红釉成品格外优异。明代瓷器加彩方法的多样化,标志着中国造瓷技术的高度水平。

如成化年间的“斗彩”、嘉靖、万历年间的“五彩”,就是著名的珍品。所谓“斗彩”,就是在烧成青花瓷器上加红、黄、绿、紫等彩料后,再经炉火烧炼而成的。所谓“五彩”,实际上不一定是五种颜色,而是包括红彩在内的多彩瓷器,在故宫博物院和中国历史博物馆都藏有这种优美的瓷器。

清代的瓷器,是在明代取得卓越成就的基础上进一步发展起来的。因此,造瓷技术达到了辉煌的境界。

在单色釉方面,康熙时烧制的天蓝、翠青、碧青、苹果绿、娇黄、粉黄、吹绿、吹红等,雍正时烧成的胭脂水、油绿、天青等釉,以及乾隆时的各种宋釉五彩……都美艳可爱。在红釉方面,康熙窑的鲜红、郎窑红,乾隆窑仿宣德的霁红以及鲜红矾红、釉里红等,都是继承并发展了明代造瓷技术,取得了新的成果。

在彩瓷方面,康熙时的素三彩、五彩,雍正、乾隆时的粉彩、珐琅彩,都是闻名中外的,“粉彩”即在含铅的彩料中,掺入一种含砷的玻璃料,从而产生乳白色的效果,材料的颜色会变成带粉白色。例如,原来是红色的彩料变成了粉红,绿色变成粉绿……于是所有的颜色都能粉化成不同深浅的色调,色调范围扩大了,经过细致描画,层次深浅分明,这样的釉上彩艺术效果更为突出。珐琅彩也是用粉彩的手法而制造的,瓷胎画珐琅,它和粉彩瓷器在胎质、形态、款式、风格等方面,都是精妙的。

为了减少瓷胎的变形,清代采用过量的高岭土配比作胎的技术,根据物理性能测定,由于原料淘洗加工极为精细,石英颗粒比前代细小,而且分布均匀。在烧炼温度适当而又稳定,并且能够控制烧炼时间的条件下,瓷胎中有一种外国人叫“莫来石”的含铝硅酸盐晶体发育很好,所以瓷器白度和透光性很好。

瓷器这种工艺化学产品,在世界上以我国发明最早。远在唐代我国的瓷器、茶叶和丝绸大量地经过海上和“丝绸之路”运销国外,此后历代都有瓷器向国外销售。在五代时传到了朝鲜,南宋时期,日本人加藤四郎、左卫门竟正曾到福建学习造瓷,并在回国后建窑,成功地烧制了黑釉等瓷器。11世纪,我国造瓷技术传到了波斯,后来又传到了阿拉伯、印度、波斯,甚至埃及和地中海沿岸各国。1470年又传播到意大利的威尼斯,欧洲才开始生产瓷器。

(3)我国古代的金属使用

在新石器时代晚期,人类已开始加工和使用金属,最先使用的金属是红铜,即未经有意加入其他金属的“纯铜”。

红铜起初多来源于天然铜,在石器作为主要工具的时代,人们在拣取石器材料,偶尔遇到天然铜,发现它的性质与石料完全不同,它不像石料那样极易劈裂剥落,而可锤延,能发出灿烂的光泽。人们将它加工成装饰品和小器皿。这可能是早期取得和使用红铜的状况。仅采用锤敲打击的加工方法,叫做冷锻法,这还不是冶炼,但是当人们有了长期用火,特别是制陶的丰富经验后,为铜的冶铸准备了必要的条件,例如冶铸所需的高温技术、耐火材料、造型材料等。有了这些条件,人们不难将红铜重新熔化,再倒入特制的容器,冷凝后就得到各种所需形状的器物。熔铸技术被掌握后,人们便更有效地利用红铜了。红铜可延可展,锤打不破,任意赋形,使用久后还可重新改铸,这些优点——金属的基本性能,石器是无法相比的。

但红铜硬度低,不如燧石坚利,产地有限,产量很少。所以红铜虽有上述长处,但仍不能取代石器作为主要的生产工具,对社会的经济面貌和生产能力的影响不大。这一时期也是通称的金石并用时代。

在西南亚地区、埃及和我国,都在公元前五千年左右进入这一时代。在当时,西南亚和埃及地区的民族已使用红铜,在一段长时间里,铜只有作装饰品和简单的工具,说明这些民族已掌握了铜的熔铸技术。拉丁美洲的古代印第安人虽发展较晚,却是独立地发明了自己的冶金技术。