冶金史

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銅器時代──銅石並用時代

早期對天然金屬(銅、金、隕鐵)的使用

最早冶金

中國的早期冶金

青銅時代

中國商代以前的青銅器

商周青銅鑄造

其他金屬的使用

鐵的發現和應用

中國冶鐵

中國鑄鐵的發明和發展

中國的生鐵鍊鋼

中國鋼鐵生產設備、燃料和輔助材料

中國古代鋼鐵技術對其他國家的影響 羅馬帝國時期的歐洲煉鐵技術

中國古代冶金的其他成就

鑄造技術

金屬表面裝飾技術

其他金屬及其合金

中國古代冶金髮展的特點

近代冶金技術的發展

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在新石器時代後期人類開始使用金屬，經歷了銅─青銅（包括銅砷、銅錫、銅鉛和銅鋅合金，見銅合金─鐵（包括塊煉鐵、生鐵、熟鐵或鋼）幾個時代。世界各地進入銅器、鐵器時代的時間各不相同，技術發展的道路也各有特色。冶金技術和金屬的使用同人類的文明緊密聯繫在一起。新石器時期的制陶技術（用高溫和還原氣氛燒制黑陶）促進了冶金技術的產生和發展。冶金技術的發展提供了用青銅、鐵等金屬及各種合金材料製造的生活用具、生產工具和武器，提高了社會生產力，推動了社會進步。中國、印度、北非和西亞地區冶金技術的進步是同那裡的古代文明緊密聯繫在一起的。16世紀以後，生鐵冶鍊技術向西歐各地傳播，導致了以用煤冶鐵為基礎的冶金技術的發展，這一發展後來又和物理、化學、力學的成就相結合，增進了對冶金和金屬的了解，逐漸形成了冶金學，進一步促進了近代冶金技術的發展。

銅器時代──銅石並用時代

人類在新石器時代晚期開始利用天然金屬。此後逐漸以礦石為原料冶鑄銅器。此時以使用石器為主，也使用少量小件銅器，被稱為銅器時代或銅石並用時代。

早期對天然金屬（銅、金、隕鐵）的使用 在現在伊朗西部艾利庫什（Ali Kosh）地區發現公元前七、八千紀用天然銅片捲成的銅珠。在伊朗中部納馬克湖南部泰佩錫亞勒克（Tepe Sialk）發現了公元前五千紀的銅針。在克爾曼（Kerman）之南的葉海亞（Yahya）地區發現了公元前五千紀後期天然銅製成的銅器。

天然金雖然容易發現，但一般塊金尺寸較小，數量較少。砂金的利用則有待冶金方法的出現，所以出現較晚。目前世界上已發現的金製品最早的為公元前五千年。南美最早使用的金屬則為天然金。在秘魯，對金的加工始於公元前1500年，而用銅和銅銀合金則在公元前1000年以後。11～14世紀的金人反映了印第安文化。(見彩圖)

隨著科學技術和工業的發展，新的冶鍊方法和精鍊方法不斷出現。1866年德國發明了發電機，它的出現使電解法提純銅的工業方法得到實現(1869)，從而滿足電氣工業對高純銅的需要，也開創了電冶金這一新領域。埃魯(P.L.T. Héroult)在1899年首先用電弧爐鍊鋼。雖然低頻感應爐早在1877年已經出現，但沒有得到發展；諾思拉普(J.K.Northrop)所發明的高頻感應爐鍊鋼(1927)終於取代坩堝法成為高合金鋼生產的普遍方法，並使真空冶鍊成為可能。

工業的發展促進了對新材料的需要，新的金屬不斷投入使用。繼鎢鋼（1882，後來發展為高速工具鋼）之後，相繼出現了高錳耐磨鋼和錳鋼(1887～1889)，接著又出現了轟動工程界的鎳鋼(1889)和耐蝕鉻鋼（見不銹耐酸鋼）。在非鐵金屬方面，包括輕金屬(鋁、鎂、鈦)，難熔金屬（鎢、鉬、鋯、鉿、鈮、鉭），稀土金屬、放射性元素等，在18、19世紀已經先後發現。

從19世紀初，戴維(H.Davy)成功地電解了熔融的氫氧化鈉、氫氧化鉀，得到金屬鈉、鉀(1807)，開創了熔鹽電解方法。1886年美國霍爾(C.M.Hall)和法國埃魯分別將氧化鋁加入熔融冰晶石，電解得到了廉價的鋁。經過將近一個世紀，鋁已成為用量僅次於鐵的第二大金屬。

鈦是另一個由於科學技術發展的需要進入工業生產的金屬。1791年發現鈦以後，1825年用鉀還原氟鈦酸鉀獲得金屬鈦，1910年用鈉還原法從四氯化鈦製得純鈦。40年代用鎂代替鈉作還原劑，並使鈦的大量生產和真空熔煉加工等技術逐步解決后，鈦及鈦合金的廣泛應用才得到實現。

在近代物理化學的指導下，核技術和電子工業的需要促進了稀有金屬的生產。鈾和其他核燃料以及鋯、鉿的生產及其分離，鉭、鈮的分離，稀土元素的分離，促進了離子交換、溶劑萃取、同位素分離和生產、熔鹽電解等一系列新技術的發展。第二次世界大戰以後，電子工業和半導體工業對超純材料(見超純金屬)的要求導致區域熔煉(1946)及各種單晶製備方法和氣相沉積法(1960)的出現。近年來非晶態金屬的製備和具有金屬導體性質的非金屬的出現，更擴大了冶金技術的領域。

在金屬加工方面，歐洲在16世紀以後發展出使用機械的金屬塑性加工(或稱壓力加工)方法。最早的蒸汽鍛錘安裝在法國(1842)，而水壓機則是英國的發明(1861)。在軋制鉛片的手搖軋機基礎上歐洲出現了由珀內爾 (J.Purnell)設計出的帶孔型的雙輥軋機(1766)用以軋制棒狀產品。科特(H.Cort)用有孔型的軋機軋制了熟鐵，成為生產型材的有效加工方法，科特因此被西方譽為“近代軋制之父”。1836年蒸汽機驅動軋機(二輥、三輥)的出現是金屬加工的重要進步。為了減薄鋼板厚度，英國在1720年左右發明了薄板疊軋的技術，某些工廠至今還在應用。19世紀50年代，厚鋼板生產的發展已使法、英兩國相繼用10厘米厚的軋制鐵板製造戰艦的裝甲。

18世紀末至19世紀初出現的金屬擠壓技術是金屬加工的另一重大成就，此法最早應用於鉛管的生產(1797)，後來用以擠壓銅及其合金(1894)和鋁及其合金(1930)並成為某些低塑性金屬開坯的重要手段。70年代利用液等靜壓下擠壓的方法加工脆性材料如鉬、鋯（見等靜壓加工），還利用有些合金在一定溫度範圍內的超塑性，發展出超塑性加工方法。

由於各種加工方法的發展和對金屬及合金組織的了解，發展出利用形變加工控制合金組織的技術（見塑性加工與金屬組織，使材料性能得到更好的發揮，例如取向硅鋼片以及用控制軋制提高鋼材的強度和韌性等。這些新工藝和新型材料的出現迫使鋼鐵工業大規模生產每一階段都必須嚴格遵守規定的工藝和要求，是生產科學化的重大進步。

人類對金屬及其合金經過6000年以上的使用和研究，已經有了一些深入的了解。如果對合金成分、電子和原子運動、晶體缺陷、晶體結構、固態相變之間的關係以及它們和各種性能間的關係得到更加徹底的了解，將會進一步發展出新的合金和材料，並充分發揮它們的各種物理、力學、化學性能。金屬學和冶金學的發展，將能促進更加經濟有效地獲得日益增多的金屬材料。

R.F. Tylecote, A History of Metallurgy, TheMetall Society,London,1976.