欧洲火药技术的快速发展

一般认为,火药是通过阿拉伯人传入欧洲的。蒙古人将火药武器用于伊朗和阿拉伯地区的作战,阿拉伯人对这种来自中国的新式物品颇感新奇。而13世纪的欧洲十字军骑士又同阿拉伯人战争不断,因此极有可能欧洲人是从阿拉伯人那里得知了中国火药技术。

下载PDF格式《欧洲火药技术的快速发展
-15-16世纪欧洲的火药和火炮技术发展-第1图

至于为什么欧洲人将火药应用于战争,实际上火药就是随着战争传入欧洲的,西方人自然而然的就会把火药看作是一种武器。当然早期的火药由于硝的含量较低威力非常小,更多的只是起到威慑的作用,欧洲人则对其做出了一系列改进,其中之一便是增加了硝的含量。

一、欧洲对火药配方的改进

要了解火药配方的改进,就不得不提到黑火药燃烧性质与原理,黑火药在燃烧时主要参与反应的是硝酸盐,一般是硝酸钾,硫粉以及碳粉。

-15-16世纪欧洲的火药和火炮技术发展-第2图

从化学方程式中我们可以看到火药燃烧两份的硝酸钾会产生一份氮气和三份二氧化碳。主要是在硝酸钾分解产生了氧气。氧气又使硫和碳剧烈燃烧产生大量气体。据测算4g黑火药燃烧会产生280L气体并且会有上万摄氏度的高温。而高温也会使气体膨胀。所以火药被用于制作爆炸物和炮弹的推进剂。其中在火药的原料中最为重要的便是硝石。
由于欧洲硝石数量有限,制取复杂,因此实际含硝量不足。这也导致了中世纪的火药的确是威力不大而且还是一种威力比较弱的事物。当时普遍使用的配方是培根的配方:41%的硝酸盐,29.5%的硫磺和29.5%的木炭。毫无疑问,他那个时代的材料没有很高的纯度。另一方面,现代火药使用的比例为75:10:15,但是同时始终坚持原料的纯度与品质。所以说原料纯度不足,再加之许多火药配方硝含量太低,都是早期火药缺陷。
14世纪欧洲对火药配方做出了一系列的改进,比如1338年法国的火药配比为硝50%,硫磺25%,碳25%,到了1350年德意志地区有一个叫阿尔登的人提出了新的配方66.7%,22.2%,11.1%的配比;到了14世纪末,德意志地区的火药厂提出了66.7%,22.2%,11.1%。由于高含硝量可以使火药爆炸威力增强,欧洲人习惯用硝石比例高的火药。这并非是他们生产硝石的能力强,相反,欧洲的自然环境不利于硝石矿的形成。
由于早期火药武器中硝石的供应不足,因此一方面,欧洲人要从外部进口;另一方面,他们也在摸索学习提炼硝石的工艺。从14世纪80年代起,欧洲逐渐出现了许多硝石生产场所。

二、欧洲火药制作工艺的提升

火药制作工艺的提升会使火药成本降低,从而提升火药的产量。这是因为,火药产量的提升会导致其价格下降,而制造火药最重要的原料一一硝石的价格则决定了火药的价格。
火药的另外一个主要原料就是硫磺。在16世纪欧洲,当时制造火药的硫睛主要从含硫横的矿石和泥土或通过蒸馏黄铁矿获得。而制造出火药的硫需要的是非常干燥纯度要高的硫,制取的一般的步骤是要是有天然的硫磺,可先在坩埚中蒸发硫磺。然后在第二个坩埚中液化,最后在第三个坩埚中去掉液体,得到固体。在制作火药时会把普通硫磺放入坩埚软化改善其性能,这时硫磺会渐渐熔化。之后给1磅硫磺中掺入1盎司水银来降低硫磺活性,并且要充分混合。最后还会掺入白兰地酒,这样据说可以使其更干,更热,效果也更好。

-15-16世纪欧洲的火药和火炮技术发展-第3图

16世纪到17世纪火药的工艺也取得了很大的进步。如在火药制造工艺上,法国的火药制造场中釆用的是排式捣碾法。将硝石,木炭,硫磺按一定比例放入石质或木质器皿中,用铜质棒杵捣碎,用牛车或水车带动搅拌器进行搅拌。要将火药分成六份分别搅拌,且每个作业室都有较厚的墙壁以免发生连环爆炸。经过搅拌火药结成块状,最后将其捣碎,制成粉状火药。一般普通的火药工场采用的是小的研钵配合杵进行研磨和混合。研磨杵一般会与一个有弹性的固定悬挂杆挂起,工匠利用弹性悬杆的弹性势能进行研磨,既省力也提高了生产速度。之后畜力和水利开始普及,到了17世纪火药工场一般会用水车这种大型水力机械作为动力。这种水车会与一个连轴挺杆相连,水车转动通过传动轴带动16根研磨杵进行研磨,研磨杵下有并联放置的16个研钵。
当然这种生产方式必须要保证原料潮湿否则容易发生爆炸事故。不过这种生产方式的确极大地提高了产量。

三、火药价格的降低

火药生产的集约化一定程度上也导致火药价格的下降。事实上,14世纪70年代时火药的价格仍然是非常昂贵的。在围攻圣索沃的战斗中,在法国卡昂地区制造的31门大小不同的大炮运送到了战场上,而每门大炮分配到的火药不到一磅。1375年的铁价格为每磅2便士,优质的铁则有5便士的价格。但火药的总成本却达到每磅60便士,这主要原因是硝石的稀缺性。
当然火药在战争中的节约使用,一方面是由于较高的价格,另外一方面也是这时受当时的火炮技术所限。14世纪的火炮还主要以锻铁炮为主。装药过多会导致膛压过大而炸膛。
15世纪之前,欧洲主要通过意大利威尼斯人从东方进口硝石。这种情况直至16世纪由于本地的低价硝石的冲击才有所改变。随着火药价格的降低,欧洲的火炮制造也开始向口径更大,射程更远,装药更多的方向发展。并且由于火药价格的下降,火炮的装备率也开始上涨。

16世纪对火药制造工艺的另一项重大改进是将粉末状火药改为颗粒状。这是在不改变火药原有配方的情况下,大大增强了火药威力和武器性能的方法。早期的火药是通过在研钵中将干燥的原料研磨成细粉末然后用手将它们混合而制成的;这种精细的混合物在装入枪膛时会被捣实,这使得点火十分困难,因为火焰无法快速透过这些细碎的火药粉蔓延开来,导致燃烧速率非常慢。
火药工匠们在实践中发现,控制火药燃烧速度和运输问题就需要通过控制火药颗粒的形状来完成。这种改进,就像最初发现火药一样,很难确定具体的日期或人,但关颗粒火药的记载似乎是在1492年的法国发展起来的。颗粒状火药的加工也与粉末火药不同,其根本区别在于粉末状火药是将各个成分干燥混合的,而颗粒状火药是湿混的。这种改进的实质原因在于火药混合并且加水变潮湿,这有利于更好地使火药结块并且减少意外爆炸的可能性。之后可以将潮湿的火药制成块状;晾干后碾碎并且通过筛子调整颗粒大小。这种颗粒状火药比粉末状火药显示出巨大的优势;颗粒形状允许火焰更容易穿过装药,从而使燃烧速率更快,燃烧效率更高。

欧洲火药技术的快速发展 
  关于欧洲的文章:
最新加入:火药