铜是如何被人发现的 为什么先有青铜器后有铁器( 二 )


在自然界的铜矿石中, 一种名叫孔雀石的矿物是最常见的,一般早翠绿色,色彩鲜艳夺目,极易被发现 。孔雀石常与自然铜一起出现,并与铜有类似的颜色,故而亦容易使人想到其中有铜 。硝酸盐受热分解,即变成氧化物 。氧化铜矿同木炭一起加热即能还原出铜来 。中国古代最初使用的孔雀石多是含铜很富(10~20%)的氧化铜,可以直接入炉冶炼,铜的熔点是1083℃,所以熔炼的温度在约1100℃(或稍高)即可以 。
有的学者推测:孔雀石因色彩艳丽,很早就引起人们的注意 , 被采集来作为装饰品 。
当“孔雀石偶然投入炉火之中,温度达到1083℃以及存在着木炭等还原剂的情况下 , 孔雀石即可以在简易的炉中还原出铜来,故而孔雀石被熔化还原成红铜 。当这种情况重复出现多次后 , 人们终于学会了用孔雀石和木炭来冶炼红铜” 。

铜是如何被人发现的 为什么先有青铜器后有铁器

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从人类利用金属的历史来看,砷铜虽然在很长时间内、相当大的地域范围内取代了红铜,但其铸件的机械性能(强度、硬度等)仍与纯铜铸件较为接近 。所以无论是纯铜(即红铜)还是砷铜等铜的合金 , 皆由于机械性能不够优良而导致最终被锡铜合金的青铜取代 。只有在锡青铜被发明与应用后,金属器物才能在较广泛的范围内取代石器(及陶器) 。
三、青铜为何取代红铜?所以如此 , 是因为青铜比红铜与砷铜有较多的优越性 。与红铜相比,锡青铜有如下优点:
(一)熔点较低 。在物理学和化学性质上,一般合金熔点比原来的金属熔点低;硬度比原来的金属硬度高;体积比原来的金属略涨大 。铜锡合金的青铜也是如此 。红铜熔点为1083℃,若加锡15%,熔点即降低到960℃;若加锡25%,熔点就会降到800℃ 。因此,这种温度条件显然要比冶炼红铜更容易得到 。
(二) 硬度较高 。红铜硬度是35度(布林尼尔硬度计) ,如果加锡5~7%、就增高到50~60度;若加锡7~9%,即增高到65~70度;若加锡9~11% , 就会增高到70~80度,比红铜硬度提高一倍以上 。这样就可以克服上述红铜那种质地较软的缺点 。同时由于青铜硬度随着加锡量成正比地提高 , 人们可以按照不同器类的需要而予以增减,选择各种不同的比例,铸造出合金硬度不同的器物 。
铜是如何被人发现的 为什么先有青铜器后有铁器

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(三)适宜于铸造 。红铜的铸造性能不良 , 易吸收空气,在合范翻铸时所成的制品往往带有气眼,表面粗糙 。青铜在熔化时成为液态,流动性很强,无孔不人,冷凝时体积略有涨大,则可以填满器范,填充性好 , 且很少有气孔 。
由于具有上述三个优点,即具有较好的铸造性能,使青铜在应用上具有广泛的适应性 。在人们逐渐对青铜性能有所认识后 , 便开始利用铜锡共生矿提炼青铜,或有意识地从锡矿中提炼出来锡与纯铜混合,后来发展到掺以不同比量的锡来铸造不同用途的青铜器具 。
锡青铜不仅在性能上明显优于红铜,而且比砷铜有更多的优点:
锡含量10%以上的锡青铜强度增加明显,而砷铜的固熔强化相对要较缓慢;两者加工硬化速度相当 , 而相同含量的锡青铜硬度要高于砷铜;相同合金含量的锡青铜抗拉强度也要比砷铜大 。虽然砷铜相对锡青铜有更好的热锻性能,但这种优点,在采用铸造而不是锻造方法制造铜器时自然会被忽略 。除以上原因使锡青铜最终淘汰了砷铜外,砷铜在冶炼过程中会产生有剧毒的气体,危害人的身体健康也是一个重要的因素 。所以,人类肯定是有意识地用锡取代砷制造铜合金的 。

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