中國先秦時期金屬兵器的化學研究
大約在距今四五千年的新石器時代晚期，我國已經進入了銅石並用的時代，這是一個原始社會面臨崩潰，瓦解的重要時期，在這一時期的許多遺址之中開始出現一批批原始銅器，是我國最早的金屬器物。由於當時正處於不同氏族部落聯盟之間頻繁的兼并掠奪戰爭時期，故在這些原始銅器中最早就有兵器，並且在其中有了很大比重，是原始青銅 兵器的雛形。我們研究金屬兵器的起源，就應該從這裡開始。
這時的金屬兵器主要是由紅銅製成的。紅銅在自然界有天然存在，故人們對它的與認識使用是很早的。在兵器時代，人們去尋找石料，打制工具的過程中，會偶然遇到紅銅，發現它的色澤與從不同，有燦爛的紅光，進而認識它的加工性質與石料更不相同，不易劈裂剝落，便於錘鍛成器。於是出現了一些小型原始銅器，。然而，紅銅的硬度低，不及燧石鋒利，且產地較少，其天然存量不多。故紅銅雖然已經出現與使用，仍不能取代石器成為主要的生產工具，對社會的經濟與生產力的影響很少，故這一時期常稱為銅石並用時期。由於當時緊張戰爭的影響，人們將紅銅首先用於製造兵器後來才逐漸用於製造其他器械。1975年，在甘肅永登蔣家坪馬廠類型遺址發掘中。發現銅馬刀一把，兩年之後，在甘肅東鄉縣林家馬家窯類型遺地中又發現時間更早的銅刀一把。[1]這是我國目前發現最早的兩把金屬銅刀。在此之後的齊家文化遺址，已經出土了許多的銅製兵器了，據對甘肅武威皇娘娘台遺址發掘表明，出土銅器達二十餘件，計銅刀4件。銅錐12件。銅鑿1件，條形器1件，此外還有一些碎銅片與裝飾物[2]。這些銅器的名稱都是後人取的。而在遠古時，銅刀、銅錐、銅鑿、條形器均可作為兵器之用。這些兵器大多是用冷鍛法，即直接錘鍛出來的。個別銅刀可能是由單范冶鑄而成的，經光譜分析，兵器化學成分如下：
分析結果表明。這批銅器含銅＞99。6%，並不含鉛及其他金屬，是完全由紅銅製成的。後來我國北京鋼鐵學院有關人員又用電子探針[3]分析，發現其中除銅外，還含有鐵、砷，其含量超過了它們在自然銅中的一般含量，「因此可能是人工冶煉出來的紅銅 [4]。在齊家文化的其他重要遺址中，如永靖大河庄與秦魏家，廣河齊家與西坪都出土了不少類似的銅器。其中可以當作兵器的的有斧、刀、鐮、錐、鏡等[5]，而在河北唐山大城山遺址（屬龍山文化晚期），曾經出土兩塊銅牌，形狀為梯形，表面不平，上端有由兩面穿鑿成的單孔，與石器的鑽孔法相同，邊緣厚純無刃[1]。可見其製法尚處於原始階段，乃後世盾牌類武器之起源，經化驗，其中一件含銅率達99，33%，另一件為97%，系天然紅銅鍛錘而成。在這一時期發現銅器最多的一個地點是甘肅省玉門市火燒溝遺址。1976年在這裡發掘了三百一十二座墓葬，出銅器的有一百零六座。銅器以模鑄為主，有斧、鐮、鑿、刀、首、矛、錐、針、釧、管、錘、鏡形物等二百餘件，還發現鑄族的石范，[1]可見當時（距今三千六百年）已經大量生產銅兵器了。「總之，一系列事實都說明，在四千年前，我們的祖先不僅認識了金屬銅，可以將天然存在的紅銅鍛打成器和冶鑄成小件器物，而且可以治煉紅銅了，這是我國應用金屬的開端。」[5]其中就包涵了運用金屬兵器的肇端。
也就是在這一時期。我國已經製造青銅兵器。所謂銅石並用時期，並非全是使用紅銅與石頭，而是也開始出現青銅，經初步鑒定是鉛青銅了。1975年甘肅齊家坪墓地出土的銅鏡，經初步鑒定是青銅，玉門市大燒溝遺址也出現了大批青銅。據化學分析證明，甘肅秦魏家出土的小刀（距今3800-3900年）為銅（95%）與鉛（5%）合成的鉛青銅。山東膠縣龍山文化遺址（距今約3700年）出土的小銅棍是含少量鉛錫的銅鋅合金[6]。儘管這些青銅器物很可能在冶鑄紅銅的過程中混入少量的鉛錫而得到的，尚處於原始階段，卻是我國用鉛錫之開始。也是我國金屬兵器用鉛錫之開始。我國原始社會末期關於紅銅器的的普遍使用，為青銅時代的到來揭開了光輝的序幕。由於齊家文化時期已出現了少量含鉛的銅兵器，甚至有人認為它已躋身於青銅時代了。
我國青銅兵器的興起和發展
青銅是將銅與錫或鉛配合面冶鑄的合金，以銅為主，顏色顯青，青銅合金的熔點較紅銅為低，下降的程度視錫或鉛含量而定，其硬度較紅銅為高。根據布氏硬度，純銅僅為35；而青銅合金含錫5-7%就為50-65。若含錫7-9就增至65-70。若含錫9-10，硬度便高達70-100。而且熔化的青銅在冷凝時銅體積略有膨脹，故填充性能佳，氣孔較少，比紅銅的鑄造性更好，有諸如此類的優點使青銅具有廣泛的適應性，一旦發現很快就引起人們的重視，代替了石器 ，木器、漆器和紅銅器，成為主要用具。青銅器的產生，標誌著人類社會已結束了原始野蠻時期，而進入最早的文明階段—奴隸社會。我國奴隸社會包括夏、商、西周和春秋，這一時期青冶鑄銅業成為最大的手工業，生產規模很大，產品主要包括工具、禮器，生活用具和兵器。奴隸主階級為了鞏固自己的統冶。對內鎮壓奴隸們的激烈反抗，對外頻繁地進行征伐掠奪，建立的強大的軍隊是用青銅兵器武裝的。這些青銅兵器構成了奴隸主專政的重要物質基礎，奴隸主十分重視它的生產與冶鑄技術的提高，歷年的出土的青銅兵器種類繁多，數量頗巨。製作精良，不僅體現青銅治鑄技術的高度發展，而且 深刻地反映了血腥的暴力行為，奴隸社會正是在暴力活動中產生，發展和衰弱。
我國奴隸社會是從夏朝開始的，由於私有制和階級的出現，使得戰爭的性質，由追求生存空間發展到追求財富。各氏族首領和部落之間相互進行大量的掠奪兼并戰爭，打開了通向建立國家之路。夏王朝的建立固然是是歷史發展的必然結果，但亦不能排除青銅兵器所起的重要作用。夏代出現青銅冶鑄一事，古文中常有記載。《左轉》日：夏開始「貢金幾枚。鑄鼎象物。」《墨子· 耕柱》日：」昔日夏後開（啟）使蜚廉折金于山川，而陶鑄之於昆吾。」昆吾是一個善於陶冶的部族， 為夏征服，成為當時青銅的冶鑄中心。青銅兵器從一開始就發現了，在夏代逐漸興起。《越絕書》[7]日：「禹穴之時，以銅為兵」。「傳說夏代名王杼是甲和矛的創造者，當時夏朝東面是夷人。善射，故甲的發明在夷夏戰爭具有重大作用。」[8]甲可能是用青銅製作出來的。解放以來，我國考古學發現了「二里頭文化，」其時間介乎龍山文化與商代文化之間，據碳14[9]測定，它的絕對年代，相當於夏朝晚期的延續到商初的。「二里頭文化」主要分布 在河南省西北部與山西南部，與夏人的活動區域是一致的。其文化類型以河南偃師二里頭的宮殿遺址為代表[1]。在這裡出土了大量青銅兵器，如斧、刀、鏃和其他的器物如銅壘，銅錐、銅鑿和魚鉤等，還沒有矛、戈等大型兵器。同處還發現煉銅遺址，殘存有煉銅的坩堝片，銅渣和陶范。這一重要的考古發現，證明了我國夏代已有煉銅業，並生產青銅兵器的傳說。據目前的化 驗可知，這些青銅大部是銅錫合金，還沒有發現鉛青銅。因而有人片面認為最早的青銅就是銅錫合金，但從歷史發展的線索來看，既然在此之前的銅石並用時期已發現了鉛青銅，在此之後又有大量的鉛青銅器物，則這一時期也還有鉛銅合金的存在，只是目前發掘與化驗的青銅器物的數量太少而已。
代表商代前中期的文化遺址是河南鄭州二里崗和湖北黃陂盤龍城。黃陂盤龍城遺址是我國發現的最早的商代古城之一，具有早期城市的特徵，對研究國家的產生與城市起源有重要的意義。[1]國家是階級矛盾不可調和的產物，它是在暴力鬥爭中產生的。這裡是出土一件長4厘米。寬2。6厘米的夔龍紋大銅鋮，是軍事統率權的象徵，說明「掠奪戰爭加強了最高軍事首長以及下級軍事首長的權力。」[10]同時出土了大批兵器，以戈、矛、鋮甚多。其中戈矛是首次出現的，這些出土的青銅器物主要是鉛青銅。據對盤龍城四件銅器（鼎和酒器）化學分析結果。其中兩件含銅量在80%以上，銅 、鉛各佔百分之幾。另兩件含銅量約在70%，含鉛量高達20%以上。前者呈青綠色。後者則成淡綠色。可見至遲在商代前中期，我們的祖先已經初步掌握 利用了銅 、錫、鉛三種金屬配成合金的知識。鄭洲二里崗商代遺址與黃陂盤龍城文化遺址內涵十分一致。在湖南石門縣皂市發掘的商代遺址中，值得注意的是發現了不少銅渣，銅器和一件銅箭，以及兩塊煉銅時盛銅溶液的陶器的底部，時代為商代中期。相當於鄭州二里崗和湖北盤龍城商代遺址的年代。」[11]這一重要考古發現推翻了商朝的活動僅限於黃河流域的錯誤論斷。在江西吳誠商代遺址中出現了很多石范，系紅沙質岩石製成，比較疏鬆，容易雕刻，銅熔液注入范內，空氣便於擠出。不易炸裂。石范中有些是用於鑄作兵器的「鋮范」、「戈范」、「鏇范」等，出土有銅刀、銅矛，以及其他器物，尤其是銅戈烏黑髮亮，紋飾瑰麗，其製造水平是很高的。同時出土的還有銅渣、木炭等物，充分說明這些銅器均是當地生產的。[1]湖南江西等地鑄造兵器的遺址的發現，完全印證了《詩經·商頌》「撻彼殷武，奮荊楚荊襄之旅，有截其所，湯孫之緒」的記載。
商代是更為發達的奴隸社會，青銅業日益繁榮。鄭洲二里崗文化類型的青銅器是在直接繼續二里頭文化基礎上的進一步發展。鑄造技術明顯提高，器類增多，型制精巧，至商代晚期。青銅 業進入鼎盛時期，在當時商代統治中心出土了大量青銅器與大規模銅遺址，最能反映當時青銅冶鑄工藝水平的，是在安陽殷墟發現的司母戊大鼎，造型莊重而又瑰麗，表面布飾饕 紋。經化學分析，其中含銅84。77%，含錫11。64%，含鉛2。79%，是鉛錫銅三元合金，它重875公斤，通高133厘米，是我國乃至世界上最大的古青銅器。該鼎結構複雜，耳、身、足分別鑄成後，再合鑄成整體。從其鑄造痕迹來看，每個部位用兩塊到八塊范不等，外范共用二十塊。[12]很難想像，如果沒有相當宏大的青銅製造業，相當嚴密的組織管理水平，相當高超的採礦，制范和熔鑄技術，會出現象司母戊大鼎這樣傑出的青銅器，就是在這樣相當發達的青銅冶鑄業的雄厚物質基礎上，我國青銅兵器獲得很大的發展，隨著奴隸制的發達，階級對立的尖銳化和商朝與周圍敵對方國部落之間戰爭的日趨頻繁，商朝國家機器日益強化，青銅兵器鑄造業獲得極大的重視。商代生產的兵器，不再只是小刀，小斧之類，而是更大的武器。如戈、矛、戚、鋮、長刀等，均大批生產，還有銅胄與鍍錫的銅盔。早在商代前期就出現了大量青銅鏃，為世界上其他青銅文化中所罕見。由於銅鏃的消耗量大，往往射出去就難以收回，必須有相當大的生產能力。很難想像，如果商代的青銅業沒有相當發達的程度，那就不可能大量生產這些兵器。盤庚遷殷不久，到了武丁時期，武丁在位五十九年，最大的功績便是「四方用兵」，拓展疆域，每次征伐戰爭的人數都在三千人以上，最多的一次甚至過萬人，需要的青銅兵器是很多的。1976年，在安陽小屯 廢墟武丁配偶婦好墓中一次出土了四百四十多件青銅器，式樣繁多，其中就有不少兵器。[13]而在安陽候家莊西北崗的一處商代大墓中就曾發現帶木柄的銅戈與成困的銅戈各一層共有百多支，還有許多不同形式的銅盔。[4]充分反映了當時青銅武器製造業的興旺與高度的技術水平。這時，戰車普遍用於戰爭，每輛戰車駕馬兩匹。車上有甲士三人；一人駕車，一人持戈或矛，一人操弓箭，戰車後面是步兵，這樣的軍隊組織嚴密，戰鬥力很強。
西周是我國奴隸制由鼎盛趨向衰落的時期，這時的青銅業雖然在商代的基礎上繼續發展，青銅器物的數量比商代的更多。
但器物的種類，花紋與形狀與商代的青銅器差別不大。但是，青銅兵器則與此不同，不僅生產的數量頗巨，其形狀亦有所發展，如商代的戈，一般沒有胡，至西周時，戈出現了短胡，可以在戈上多穿孔，更便於固定在秘上，又加長了刃口。矛是一種用於刺殺的兵器，商代的矛一般形狀寬大，西周時，其形狀漸向細長，可以減少刺沖的阻力。西周時也出現了一些新式兵器，如劍屬「短兵」類武器，在商代遺址尚不見其存在，它在西周時期才開始出現。並逐漸流行，春秋時，劍的製作水平已達到極高的水平。又如戟，是戈與矛的合體，兼有兩者的作用，商代雖有由矛、戈兩種兵器配合使用的兵器，但真正的戟還是在西周出現的，這時，是將戈，矛合鑄成一體，殺傷力很大。西周的疆域較商代廣闊，青銅手工業分布較寬，並對周圍一些少數民族地區發生了一定的影響，在河北省北部發現了以青龍抄道溝為代表的草原青銅文化類型的遺物，主要是兵器，有羊首曲柄的短劍，鹿首、羚首刀、空銎戩，曲柄七首等[1]。其時約當西周早期，其鑄造水平很高，既反映了北方游牧民族的文化特徵。又蘊含著中原文化的因素，體現了當時我國兄弟民族之間生產技術的發展與青銅文化交流的情況。
商周時期，我國青銅文化處於興旺發達時期。如果說最初的鉛錫青銅是在冶煉銅礦時偶然混入鉛礦或錫礦的話，那麼在商代中後期的青銅則是純銅 ，鉛或錫來冶煉出來的了，在安陽廢墟的鑄銅 手工業作坊遺址出土 的一塊純銅 ，經化驗，含銅量高達97.2%，「說明當時確已由銅礦石煉出純銅 ，作為鑄造青銅的主要原料。」[4]在小屯廢墟中出土的亦有成塊的金屬錫，大司空村殷墟出土的有錫戈六件，而鉛制器物，如鉛鹵、鉛觚、鉛鈑，鉛戈先後在殷商墓葬中出現。據此可以推測我國單獨煉錫或鉛的技術，已經經歷了一定的時期。其實在發達的青銅業的基礎上，冶煉出錫鉛並不難，只要取來鉛礦或錫石，置於煉銅坩堝中，放進木炭，加熱熔化，木炭放出一氧化碳，就可還原鉛礦或錫石得到金屬鉛或錫，由於鉛、錫的熔點不高。前者是327C後者更低，為231℃，故在發達的青銅冶煉技術下，可以方便地得到這兩種金屬，對洛陽機瓦廠出土的西周鉛戈化學分析表明，其含鉛量高達99。75%，充分說明當時對鉛的冶煉與認識已有了很高的水平。鉛戈並不是實用的兵器，因為鉛的質地軟，不宜作利器，商周時期的鉛戈僅作禮儀之用，出土了的數量很少，是王權的象徵。
春秋到戰國時期。正是由奴隸社會崩潰，封建社會興起的大轉變時期，是我國歷史上大動亂時期，各諸候國之間，頻繁的戰爭，極大地促進了兵器製造業的發展。這時雖出現了鐵兵器，但數量少青銅兵器仍然佔據主流，兵器的生產數量是隨著戰爭規模的擴大而急劇上升的，春秋前期，各國打仗出動的兵力一般在二萬人左右，很少超過五萬的。到了戰國時期。諸大國都擁有強大的軍隊，兵員達數十萬人。甚至過百萬。如秦國就號稱：「戰車萬乘奮擊百萬」[14]秦國的青銅兵器製造業十分發達，「上郡武庫」是秦國重要的兵器製作中心。戰爭的需要對兵器的種類和製作質量提出更高的要求，由於趙靈武王倡導「胡服騎射」，騎兵的興起，車戰退居不那麼重要的地位。步兵成為戰爭的主力，魏國的「武卒」和齊國的「技擊」都很有名。故在當時的戰爭武器中，除戈、矛戟等長兵繼續大量使用以外，劍這種短兵的地位日益重要，劍之外形逐漸平直鋒利，變長，重量也減輕了。
春秋時期，我國的青銅兵器製造業已十分普及。各地都有自己的「名牌產品」。《考工記》[15]載：「煉金以為刃。……鄭（治在今河南新鄭）之刀，宋（治在河南商丘）之斤（斧），魯（治在山東競州）之削，吳粵之劍，迂乎其地而弗不能為良，地氣然也，……吳粵之金，錫，此材之美者」。由於各地可資利用的礦產原料不同，冶煉技術的高低不一，使得兵器製造業各具特色，地處中原的鄭、宋、魯等國，主要使用銅 礦與方鉛礦等作原料冶煉青銅，故可以用於鑄造刀，斧，削之類的兵器，而南方的吳越（吳粵）則由於盛產銅礦與錫礦，冶煉出來的青銅當然就是錫青銅，很適用於製作鋒快的寶劍，其它地方出產的這類兵器是不能與之比美的。歷年來的大量考古發現完全證實了《考工記》的記載，我國出土了很多帶有吳王和越王鉻文的青銅寶劍，製作已十分精巧鋒利。吳王劍有山西原平峙峪出土的吳王光劍，湖北襄陽蔡坡出土的吳王夫差劍，河南輝縣出土的吳王夫差劍。安微淮南出土的吳王夫差大子「姑發閑反」劍等等，可見吳粵之劍流傳很廣。最著名的是1965年在湖北江陵望山一號楚墓里出土的越王勾踐劍，通長55。7厘米，劍身滿布菱形暗紋，劍格兩面用藍色琉璃鑲嵌花紋，劍身靠近劍格處有「越王鳩（勾）淺（踐）自作用劍」八個錯金鳥篆銘文。該劍至今保存好完好，鋒刃銳利，製作精美。據有關方面用質子射線熒光分析儀對勾踐劍的分析結果[12]，證明勾踐（劍）是由錫青銅鑄成，含有有少量的鋁和微量的鎳，灰黑色菱形花紋與黑色的劍柄，劍格均含有硫，說明寶劍表面經過硫化防鏽處理，「這把劍鑄造標誌，代表了當時吳越工匠的最高水平。」[16]
從合金成份研究青銅兵器質量的改進
在長期冶鑄青銅的實踐中，特別是在鑄造兵器的過程中，人們積累了關於青銅成分與性能的豐富經驗，並將之運用於改進青銅兵器的質量上去。對殷墟出土的戈型兵器的化學研究表明，[17]有許多青銅戈含錫在10%左右。據現代青銅冶鑄知識[18]，純銅的布氏硬度為35，絡加錫10%，鑄造後的布氏硬度是88，再加緞捶，其硬度可以高達228，。故用含錫10%的銅煉鑄鋒利的戈，矛是較為合適的，由此可知，商代煉鑄青銅兵器的技術，已經達到相當高的水平。我國著名化學家梁樹權等人曾對殷商。西周和東周的一些古青銅器進行了深入的化學研究[19]，這些青銅器中，殷代有八件，兵器有戈、鏃、刀柄等，西周十八件，兵器有戈、戟、斧、刀、鏃等、東周有十八件，兵器有戈 、戟、斧、鏃、和削等，結果的說明發現：「殷代與西周之間，含銅量差別微小，說明殷代與周的青銅器物是很接近的。而東周器物含銅量比前二代顯著下降，鉛、錫量同時相應上升。」鉛含量的增加特別具有意義，李時珍在解釋「鉛」字來源時指出，「鉛易沿流，故謂之鉛」。[20]鉛可以顯著提高液態合金的流動性，便於鑄造質地輕薄而精緻的銅器。《荀子·強國篇》曾說：「刑（型 ）范正，金錫美，工冶巧，火齊得。」此處的「金」當指「銅」而言，與之對付的「錫」則實際上是「鉛」，因為錫量對合金焙融流動性影響不大。只有鉛量增加，才更便於鑄造，做到「工治巧」。過去，學術界對青銅合金中鉛量的作用重視不夠，而片面地著重研究錫青銅。故筆者在這裡著重討論鉛與青銅性能的關係，並認為鉛量在兵器金屬成分的出現與增加充分反映了人們對鉛性能認識的深化與提高。再以矢為例表明之，我國最早出現銅鏃的地點是在時間相當於齊家文化晚期的玉門火燒溝遺址，這裡不僅出現了銅鏃，還出現了鑄鏃的石范。在河南偃師相當於夏代文化的二里頭官殿遺址中就出現了大量的青銅鏃，經化學分析表明，是由銅錫合金熔鑄而成的。到商代中前期，青銅矢鏃已傳布到長江流域的二湖和淮。在殷墟中出現了一批批青銅鏃，成為晚商鼎盛的青銅文化的一個村污。經化學分析，這所銅鏃含銅83-84.6%，鉛9.8%，鐵1.4%，但不含錫[6]。由於鉛的含量高，雖然硬度比錫青銅較低一些，卻因而具有一定的毒性，「鉛毒」可增強矢鏃殺傷力。而周代出現的矢鏃含鉛量竟高達的11.32%，其含銅量為64.6%，含錫量為24。48%[21]。這種矢鏃的成份顯然是有意配成的，既可以達到加大矢鏃的硬度，又可以增強矢鏃毒性的雙重目的。至春秋戰國時期，在對青銅 合金成份與性能深入研究的基礎上，在兵器上製作業中出現了用不同成份的青銅分鑄兵器的工藝。如對出土的二隻東周寶劍的化驗結果表明，[21]寶劍中背部分含量錫均低，分別為11.79%與8.44%含鉛量分別是2.13%與10.15%，反映其性能堅強難析。而寶劍兩刃含錫量相對很高,分別是17.73%與19.88%，含鉛量均為0.25%是很低的，這又使得寶劍刃極為鋒利。由於這種寶劍具有如此優良之處，反映了當時兵器鑄造加工技術已經達到相當高的水準，是一項卓越的科學成就。這種技藝起源可以上溯到商代中期，七十年代我國先後在河北蒿城和北京平谷發現中商時期鐵刃銅戈各一把。經化學研究表明，鐵刃的初始含鎳量高達8%以上，是用含鎳較高的隕鐵經加熱鍛打成形後，與青銅鋮體鑄接而成的。而1931年河南浚縣也曾出土西周鐵刃銅鋮。鐵援銅戈各一把。其鐵刃品鍛有M孔，與鋮體鑄接更加牢靠，是商代鐵刃銅鋮的繼續[22]。這種鐵刃銅鋮便是結合了鐵刃的鋒利與銅鋮的韌性。此種針對兵器不同部分採用不同合金的處理技術，在春秋戰國時期已經獲得很大的發展，
在舉世聞名的秦始皇兵馬坑中，出土了大批秦代兵器，數量當在萬件以上，兵器種類有銅戈、矛、戟、刀、劍以及弩機，弓箭等遠射武器[23]。該處出土了大量的青銅鏃，很引人注意。據對秦鏃的電子探針微區成分分析的結果表明（見下表）秦鏃表面層含銅在19.6-59.5%範圍，錫量在35.76-28.77%範圍,而鉛量則在7.92-12.3%範圍。秦鏃內部的含量要低得多，均小於6%，這充分說明當時對矢鏃的成份與性能進行深刻的研究，銅的含量不超過70%，必將增加錫鉛的量，有利於降低熔點，便於鑄造。錫量很高，使矢鏃就堅硬鋒利，而表面層含鉛量明顯比內部的高，則可以大大增加矢鏃的毒性，加大殺傷力。此外，秦鏃表面經鉻化防鏽處理，平均含鉻量約為2%保護了秦鏃不受腐蝕，至今已經二千多年，仍然完好如新。這種銅鏃的製作技術直至漢代仍在沿用，對河北滿城劉勝漢墓中出土的一隻銅鏃化驗表明，銅量71.6%，錫量14.4%，鉛9.0%，又經電子探針測定其表面亦含鉻。表面層銅高區，含鉻量為0.17%，銅低區含鉻量高達5%，亦說明其表面經鉻化處理與始皇陵出土秦鏃極為類似。秦始皇兵馬坑出土的長劍則另具特色，經光譜鑒別和化學定量分析，發現含有Cu、Sn、Ni、Mg、Al、Zn、Fe、V、Si、Mn、Tl、Mo、Co、Cy、Nb等十五種金屬元素，其中很多是稀有元素，長劍主要成份的百分比為Cu76.4%，Sn21.38%，A12.18%，鋅0.041%，是銅錫多元合金。由於含錫量高，故寶劍十分剛強鋒快,據測定,長劍硬度是HRb106度，相當於碳鋼調質後的硬度[25]。劍的表面經過精巧的鉻化處理極可能是將鉻鐵礦粉（Feo,cr2o3），自然鹼（K2CO3，Na2CO3 HOH2O石灰石(CaCO3)和消 （KNO3）等物在高溫下共熱，製備鉻酸鹽。然後將長劍，矢鏃等浸泡於鉻酸鹽溶液中，經一定時間便可得到生成淺灰或深灰色緻密氧化層的青銅兵器，大大增強其抗腐蝕性的能力。而歐美諸國掌握這種鉻化防腐處理工藝，則是在二千餘年之後，由德國學者在1937年首先提出的[4]。這種高超的表面處理技術，在現在工業技術中已經獲得廣泛的運用。值得注意的是，這種長劍根本不含鉛，對另外八件表面不銹的兵器，銅鏃五件銅孥機一件，銅矛一件，銅戈一件的化學分析研究表明，除矛、戈外，其他兵器均含有百分之幾的鉛[24]。事實充分說明，長劍、戈、矛的合金成份系有意調配，尤其是長劍，提高錫的含量達21.38%，不僅可以降低銅錫合金的熔點至800℃左右。而且可以大大提高寶劍的硬度，使之鋒利無比。
我國邊遠地區的青銅文化較之中原地區的起源雖然晚些時候，卻具有獨特的地方風格，青銅兵器製作技術亦達到較高的水平，距今約三千年左右雲南已由新石器時代進入青銅文化時期[1]。解放以來。雲南共出土青銅器九十多種，七千多件，以兵器的種類和數量為最多，包括劍、矛、戈、斧、喙、鋮、狼牙棒，箭、鏃、弩機、盔甲等，帶有濃度的「古滇 」特色。晉寧石寨山是出土青銅器最多的地點，前後共發現青銅器物四千餘件。[1]表明青銅已經廣泛用於生活，戰爭、生產諸方面，在冶煉鑄造技術及造型設計上，都達到很高的水平。[26]當時的滇人對青銅合金的配製技術，如銅、錫、鉛的比例，掌握適度。如利劍要求堅硬鋒利，含錫量約達20%。裝飾用銅圈，含錫量降至6%，含鉛達4%，使之易於彎曲。而當時青銅工藝品，如獵鹿銅飾牌，剽牛銅飾牌，銅斗虎案，尤其是青銅珍品—貯貝器，表明了遠古殘酷的戰爭場面與緊張的打獵情景。值得特別注意的是，在晉寧石寨山發現的青銅兵器斧的表面鍍有一薄層的錫，說明我國古代已經掌握了金屬鍍錫技術。而在此之前，已有中外學者注意到我國古代銅兵器中有外層鍍錫的情況[27]，說明這種表面鍍錫技術流傳較廣。實際上，我國至遲在殷代就發明了銅上鍍錫的高超技藝。據周緯先生指出。他曾在前中央研究院歷史語言所見到「殷商時代之虎面銅盔數具，其中完整之一具，內部紅銅尚好，外面一層厚錫，鍍法精美，光耀如新，且爍有白光，此盔裡面底質，系粗糙之天然紅銅，並末腐銹」。[28]這種銅上鍍錫技術的發明，具有重要的意義，盔具採用紅銅，因其質軟。便於冷加工成所需要的器形，又可以節省中原缺乏的錫，然紅銅在空氣中久置，會因腐蝕而使其表面發灰，鍍錫之後，利用錫的化學性能穩定的特點，保護銅器不受氣氧化，並且「光耀如新」，這充分說明我國先秦時期金屬處理工藝水平之高，是我國古代創造的一項卓越的化學成就。
戰國時期的金屬兵器興盛與秦始皇統一中國
在我們的遠古祖先華夏族的形成過程中，傳說「黃帝」與「蚩尤」發生了一次大規模的戰爭。《史記·孝武本紀》載：「黃帝采首陽山銅，鑄鼎於荊山之下」。而南方部首領「蚩尤作兵」，武器較好，黃帝在炎帝的幫助下，終於打敗了蚩尤。然後，揮兵南下，「五十二戰而天下咸服，」逐漸與炎帝部落融合。孕育了中華民族的「炎黃子孫。」事隔二千餘年之後，我國歷史上又出現了一次更 大規模的具有重大意義的統一戰爭，那就是秦始皇兼并六國，建立統一的封建集權制國家，當時，鐵器已經廣泛地用於農業與手工業之中，在許多方面已經替代了銅器，極大地促進了生產力的發展，。社會狀態已經由青銅時代進入鐵器興起的時代，鐵兵器也開始在軍事上運用，江淹《銅劍贊序》日[29]
「古者以銅為兵，春秋迄予於戰國，戰國迄於秦時，攻爭紛亂，兵革互興。銅既不克給，故以 鐵足之鑄銅。既難，求鐵甚易，故銅 兵轉少鐵兵轉多。」可見是時正值「銅兵」向「鐵兵」的轉變的重要歷史時期。七國之中，楚、韓、燕等國軍隊先後採用了鐵制兵器。公元前三世紀遊歷過楚國的著名學者荀子曾說過：楚人「宛鉅，鐵池」，慘如蜂蠶。」[30]大剛曰鉅，當是鋼製兵器，也是是蛇矛，可見當時楚國製造的鋼鐵兵器十分鋒利，象蜂蠍一樣厲害。而西方的秦昭王對此曾經深表憂慮：「吾聞楚之鐵劍利而倡優拙。夫鐵劍利則士勇，倡優拙則思慮遠，夫以遠思慮而御勇士，恐楚之圖秦也。」[31]大量考古的發現完全證實了古籍記載，湖南等地的是楚國的重要組成部分。已經發掘出許多的鐵制的武器，有劍、匕首、矛、戟、的鏃等等，其中以劍的數量最多，它的長度大大超過了一般的青銅劍，在一米左右，最長達1。4米，幾乎是當時青銅劍長度的三倍左右。[16]在廣西平樂縣銀山嶺曾發掘一批戰國中晚期墓葬，出土了成套的鐵制的兵器，如劍、矛、鏃、鋮、戈、斧、削殺矢等[1]，據考證均是楚文化 器物，從而印證了楚焯王用吳起「南平百粵」史實，1976年在長沙楊家山楚墓中出土了一把銅格鋼劍，通長38。4厘米，經金相學研究。劍鐵屬球狀光體組織，含碳量。0.5-0.6%，劍身斷面可以看出反覆鍛打的層次，筆者認為，鋼劍的製作是用「滲碳制鋼法」而成的，即將塊煉鐵放在熾熱的木炭中長期加熱反覆鍛打使碳份滲入表層成分鋼的組織。成為兩漢魏晉時期盛行的 「百鍊鋼」的先驅。這是我我國目前最早的一把鋼劍，其年代相當於春秋晚期，不僅把我國鋼的出現時間提早了兩個世紀，而且把過去公認在戰國晚期發明的「滲碳制鋼法」的時間亦提前了數百年，這是特別的值得指出的。與鋼劍同時出土的還有一個鐵鼎，經金相學研究，它屬萊氏體的鑄鐵，「這樣就把我國鑄鐵的發明時間也提早到了春秋末期，比歐洲使用鑄鐵的時代要早二千一百多年。」[1]鋼劍和鐵鼎的出現，以江蘇六合所出之春秋晚期鐵條與鐵彈丸的研究，以最早的事實，充分說明塊煉鐵（白口鑄鐵）冶煉技術在我國是同時發展起來的。成為我國古代鋼鐵生產的特色，而我國生鐵冶煉技術之所以這麼早就已經出現，又與商周青銅冶煉技術的高度發達的情況密不可分，即它是在冶銅業的內部出現的。而當時北方的燕國，使用鐵制兵器相當普遍。河北易縣燕下都44號墓中，出土遺物一千四百八十件，其中鐵制兵器，如劍，矛、戟、盔、甲片等佔了65%，而銅兵器只佔32.5%[1]，反映了戰國晚期，鐵兵的運用日趨普遍，在某些地區比銅兵佔有更大的優勢。據對九件鐵兵的金相研究，六件為鐵或鋼製品。三件為經柔化脫碳處理的生鐵製品，特別是鋼劍和鋼戟的製作是在「滲碳制鋼法」的基礎上，又經歷了「卒火」處理，以增強兵器的硬度和強度，從而把我國掌握卒火技術的實際年代又提早了兩個世紀[32]。但是，鐵兵仍不能完全低替銅兵，一方面由於各國使用鐵兵器並不普遍，主要仍是使用銅兵，另一方面，由於塊煉鐵與白口鑄鐵性能與青銅相比，均有一些明顯的缺點。如白口鑄鐵性很脆硬，同時易崩裂，塊軟鐵又是海綿狀的，不應作利器，因此，它們製作兵器是不適宜的。儘管很早就出現了「滲碳制鋼法」和「鑄鋼柔化術」，由於這些技術要求很高，同時製造大批優質鐵兵的困難是很大的，因此，在當時七雄「攻爭紛亂，兵舉互興「的過程中，鐵兵與銅兵並舉爭鋒，交相輝映。強大的秦國卻只用青銅兵器，在秦始皇兵馬坑中，出土了數萬件兵器，其質均為青銅，製作精美，十分鋒利，保存完好，有的甚至鋒刃如霜，顯示了秦代冶鑄工藝的水平。同坑中鐵兵罕見，卻出現了大量鐵制工具，又反映了當時秦國雖然已有大量鐵器廣泛用於生產實踐與日常生活。但在軍事上仍然主要採用青銅兵器。尤其值得指出的，這裡除了遠射武器。如弩機與矢鏃，主要是長兵武器，如銅鈹、戈、矛、戟等等，特別是劍器，不再是短器了，而是伸長到一米左右，可以與鐵劍的長度相比，這也從一個側而說明了秦國青銅兵器製造技術水平的顯著提高。這些秦代兵器可以說是青銅兵器發展史上的極端，至此之後的漢代，由於制鋼技術的重大突破。優質鐵兵大量生產，才逐漸全面代替銅兵佔據了武器的主流，銅兵才開始消失，這標誌著我國社會進入完全的鐵器時代。如果從兵器史的角度看，在七國爭雄的戰爭中，秦國是採用傳統的青銅兵器戰勝了掌握新興鐵兵的楚、韓、燕等國，然而，決定戰爭勝負的因素不光是兵器的新舊之分，而主要應從當時的社會歷史形勢來看，春秋晚期，鐵器作為一種新興生產工具出現，起了劃時代的重大影響，加速了奴隸制的崩潰，促進了封建因素的出現，引起了社會生活的急劇變化。至戰國時期，各國為了適應生產力的迅速發展，先後進行了「變法運動」確立了封建制度，實現統一已成為歷史發展的必須趨勢。秦國的社會改革進行得最為徹底，國家日益強大，至秦始皇即位之時，國力已經達到左右當時局勢的程度。「自商鞅變法以來，秦國始終注意發展生產，獎勵戰功，軍認勇敢善戰……因此終於由秦國完成了統一的事業」[33]出土的秦皇始兵馬坑，規模宏偉。氣勢磅礴，陶俑、陶馬與真人真馬一般大小，形態逼真，成千上萬地排列成嚴整密集的軍陣隊容，生動地再現了當時秦國雄兵百萬，兵強馬壯，統一中國的雄強聲勢與宏偉圖景。
注釋：
1) 《文物考古工作三十年》，文物出版社，1979年
2) 甘肅省博物館：《甘肅武威皇娘娘台遺址發掘報告》，《考古學報》，1960年，2期。
3) 電子探針，是對物質微區化學成分進行研究的精密儀器。它將電子束（細約1微米）在真空條件下照在樣品一定的區域，依此區域所含各種元素髮射的X光的波長和強度，可以鑒定這個區域元素及其含量。
4) 北鋼院：《中國冶金簡史》，科學出版社，北京，1978年。
5) 《化學發展簡史》。科學出版社。北京，1980年。
6) 北鋼院：《中國古代冶金》，文物出版社，北京，1978年。
7) 《越絕書》卷十一「寶劍外傳記」
8) 郭沐若：《中國史稿》，第一冊。人民出版社，北京，1976年。
9) 碳14法。是一種利用天然同位素碳14衰變速度測定有機物質年齡的方法，時間範圍在數百年至五萬年，由美國化學家W·F·Libby於1946年提出，現已廣泛適用於考古學和其他方面。
10) 恩格斯：《家庭公有制和國家的起源》，見《馬克思恩格斯全集》卷25。
11) 高至喜等：《湖南商周考古的新發現》，《光明日報》1979年1月24日。
12) 杜西松：《中國古代青銅器小詞典》，文物出版社，北京，1980年。
13) 考古研究所：《安陽殷墟五號墓的發拙》，《考古學報》1977年
14) 《戰國策》卷三秦策。
15) （清）戴震《考工記圖》，商務印書館，上海，1955年，頁一0。
16) 楊泓：《中國古兵器論叢》，文物出版社，北京，1980年。
17) （日）道野鶴松：《殷墟品型金屬品的化學研究》，《東洋史集說》富山房，東京，1941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) 張子高:《中國化學史稿》古代之部，科學出版社，北京，1964年，頁25。
20) （明）李時珍：《本草綱目》鉛條。
21) 梁津：《周代合金成份考》，《中國古代金屬化學及金丹術》，中國科學圖書儀器公司，1955年。
22) 華覺明《中國古代鋼鐵技術的特色及其形成》，《科技史文集》第3輯，1980年。
23) 秦鳴：《臨漳縣秦俑坑兵馬俑軍陣內容及兵器試探》，《文物》，1975年11期。
24) 韓汝玢等《秦始皇陶俑坑出土的銅鏃表面氧化層的研究》，《自然科學史研究》，2卷，1983年，4期。
25) 劉占城：《秦俑坑出土的銅鈹》，《文物》，1982年3期。
26) 楊根：《雲南晉寧石寨山青器的化學分析》，《考古學報》，1958年7期。
27) 袁翰青：《化學通報》，1964年1期，頁56。
28) 周緯《中國兵器史稿》，生活、讀書新知三聯書店，1957年，頁151。
29) 《郭沫若全集·歷史篇一》，「青銅器時代」，人民出版社，北京， 1982年 ， 頁598
30) 《苟子·議兵篇》
31) 《史記·范睢列傳》
32) 北鋼院：《易縣燕下都44號墓鐵器金相學初步考察報告》《考古》，1975年4期
33) 郭沫若：《中國史稿》，第二冊，人民出版社，北京，1979年。頁109。
推薦閱讀：
※中國少數富人花錢「超生」遭質疑
※三十年，中國經濟的打怪升級路
※中國轉基因Bt棉花種植，與盲椿象蟲害
※星巴克：中國市場步步為營
※此國最恨日本2002年才建國，世界強國爭相拉攏，但它只跟中國親近