引言

提起干锅,你会想起什么?干锅排骨、干锅大虾,还是干锅土豆片?

但若提起坩埚呢?是不是只能想起化学书上的实验用具?

实际上,坩埚的作用不仅仅局限于做实验,它还是熔化、冶炼金属的重要容器,3000多度的钢水都无法将其熔化。

更重要的是,早在3000年前的夏朝,我国就掌握了制造坩埚的方法。

那么坩埚究竟是什么材料制成的?我国先人又是如何发现这种逆天器皿的?

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一、古代坩埚的诞生

人与动物最大的区别,就在于人会使用工具。而人类祖先最先使用的工具,就是石器。

在漫长的采石过程中,人类烧陶技术日渐提升,各金属矿石也不断涌现。

当我们的祖先发现第一块孔雀石(铜石)后,就意味着人类结束了石器时代,向更先进的铜器时代迈进。

作为古代数量最多、最容易被发现的矿石,古人发现直接用木材烧制铜矿石,就能提炼出金属铜。

不过烧制铜矿石需要一个熔炉。起初古人只是在地上挖一个洞,将铜矿石丢入其中灼烧。

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(古人冶炼)

后来人们用泥土做出中空的土球,将铜矿石粉放入土球中,一起丢进火中灼烧,最后将熔化的铜水倒出。

这就是人类历史上第一个坩埚,因为由泥土制成,所以“坩埚”二字的偏旁都为“土”字旁。

可以说正是因为坩埚的诞生,人类炼铜技术才得以进步,青铜器文化也随之登上历史舞台。

出土于太古白燕遗址的陶坩埚,恰好证明我国在距今3000多年的商王朝,就已经制造出炼铜用的坩埚。

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(商代出土的陶坩埚)

不过我国出现最早关于坩埚的史料记载,来自东汉末年炼丹家狐刚子的《山金矿图录》:

“用甘土作锅,火熏使干。用松木炭置锅炉中。”

甘土是一种高铝质耐火的黏土,是常用的陶瓷原料,所以古代的坩埚有时也被称为“甘锅”。

除此之外,坩埚也有“罐”和“筒”的名称。

《天工开物·五金·铜》记载坩埚炼铜法:“以泥瓦罐载铜十斤,继入炉甘石六斤,坐于炉内,自然熔化。”

乾隆年间的《博山县志》记载:“凿山取石……和以煤,盛以筒……”

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(《天工开物》熔铜插图)

其中的泥瓦罐和筒,指的就是古代的坩埚。

由此可见,早在夏朝时期,古人就已经发明出坩埚并用于实践当中。等到东汉末年,坩埚已经得到广泛应用,也被记录在史册当中。

而随着历史的车轮滚滚向前,坩埚的用途和质量,也随之有了翻天覆地的变化。

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(冶炼)

二、坩埚的进化

在我国青铜器时代,坩埚的主要材料为耐高温黏土。

以商朝中期为例,制作坩埚的材料有两种,一种是粗砂质厚胎陶缸,一种是泥质灰陶大口尊,内外两面涂耐火泥制成的坩埚。

到了西周时期,坩埚大都是用粗砂泥制作而成。

这种坩埚价格便宜,且制作工艺简单,可以在1000度左右使用。

而受到冶炼工艺的限制,当时的青铜器最高熔点只有800多度,所以这种瓷制的坩埚是最佳选择。

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(青铜器)

不过这种坩埚也有一个缺点,就是不耐低温,尤其不能接受快速降温。

而且时间一长,坩埚还容易出现开裂、损坏等问题。

春秋时期,人类开始冶炼生铁矿石后,因为冶炼温度不够,无法很好地提取矿石中的铁,黏土制成的坩埚尚且可以继续使用。

不过陶制坩埚理想状态下,最高温度也只能接受1000度,带有杂质的生铁矿石完全熔化,至少需要1100度。

这样一来,用陶制坩埚炼制生铁时,还没等铁矿石完全融化,坩埚就已经出现开裂。

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(生铁)

为了解决这一问题,人们将陶瓷土和石英砂按比例混合,制成陶瓷坩埚,这种坩埚可以承受住1200度的高温,初步满足了熔铁要求。

此外,黄铜不容易被热量烧透的特点,使得黄铜坩埚同样适合高温下使用。只是受到黄铜产量的限制,黄铜坩埚并没有被广泛应用。

在坩埚的材料不断升级的同时,它的用途也不再单一地作为熔化器皿,有时也会被制成浇筑用具。

而且自从古人发现金、银矿石后,坩埚就成为冶炼金银的不二选择。

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《康熙字典》中记载:“甘锅,所以烹炼金银。”

等到煤炭被广泛应用于冶炼后,坩埚也获得飞跃发展,甚至能抗住3000多度的高温。

三、坩埚的种类

众所周知,古代冶炼技术上最大的难题,就是温度。木材燃烧的温度只有300度左右,木炭燃烧温度可以达到100度。

不过这个温度只能熔化生铁矿石,钢的熔点在3410度。想要将铁炼成钢,就要求古人提高冶炼温度。最简单、直接的方式,就是使用煤炭。

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(煤炭)

据宋应星的《天工开物》记载,宋朝时的百姓,就已经掌握了用煤炭炼钢的技术。

只不过当时的设备并不那么齐全,所以温度很难达到3000多度,炼出的钢也不像现在这么坚硬。

随着温度的升高,对坩埚的要求也越来越高。为了能经受住上千度的高温,古人不断改进材料配方。

到后来,古人将坩埚制作成多层结构的容器,设置专门的隔热层,防止坩埚因为温度过高而炸裂。

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(焦土坩埚)

也正是因为这种特殊的结构,使得坩埚可以承受住3000多度熔化的钢水。

随着世界上第一台蒸汽机的问世,人类冶炼技术获得飞跃提升。传统的陶瓷坩埚、金属坩埚已经无法满足工业需求,新型材料的坩埚也随之问世。

例如石墨制成的坩埚,可以更好地传递热量,可以在极冷、极热条件下使用,同时还能抗酸碱腐蚀,是冶炼合金和有色金属的最佳选择。

石英坩埚虽然质地脆弱易破碎,但它耐温性强、精度高,可用于大规模集成电路的制作。

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(石英坩埚)

根据不同的使用条件,金、银、铁、碳化硅等材料,都被制成不同性能的坩埚,以满足工业需求。

甚至在新型材料研发、航天工业中,都能看到坩埚的身影。

毫不夸张地说,坩埚是工业化进程必不可少的器皿,同样也是我国古代技术革命不可或缺的一环。

从石器时代到青铜器时代,再到铁器时代,背后都隐藏着坩埚的进步。

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不论是承受3000多度的高温,还是为降温而制成的多层结构,无不体现着中华人民的智慧。

至于坩埚还会不会继续改革,又会逆天到什么程度,就只能交给时间检验了。