玻璃透明度探秘：材料科学中的奥秘

吹制玻璃真是外来的吗？玻璃为什么是透明呢？（高铅玻璃、高温玻璃退火技术）

最早中国传统玻璃的起源与古代喜好“冶铅”有关。

铅在古人生活中占有一定地位。妆粉是最基本的一种化妆品。最早的妆粉应该是米粉，汉以前只有米粉，秦汉时期，随着炼丹术的成熟，铅粉也应运而生。

米粉在护肤层面上更胜一筹，不会产生副作用。但米粉也有缺点，附着力没有铅粉强，需要时常补妆；容易粘结，不够松散；而且增白功效与光泽度也不如铅粉明显。

刘勰在《文心雕龙·情采》中写道 ：“夫铅华所以饰容，而盼倩生于淑姿。”这里的“铅华”即指铅粉。铅经处理后转化为粉，其主要成分为碱式碳酸铅。

铅粉的形态有固体和糊状两种，固体常被加工成瓦当形或银锭形，称“瓦粉”或“定粉”，糊状俗称“胡（糊）粉”或“水粉”。安阳高陵曹操墓出土 62 块刻铭石碑，其中一块编号 M2:301 的石牌上刻有“胡粉二斤”。

唐宋以后，粉的品种更为丰富，比较有名的粉是：宋代有以益母草、石膏粉制成的“玉女桃花粉”；明代有以紫茉莉花秄制成的“珍珠粉”；清代有用滑石制成的“石粉”。到现代，粉也不仅仅用于面部美容了，还分化出了爽身功能。

铅粉质地细腻，色泽洁白，其制作工艺接近于现代化妆品，系通过化学反应手段取得，实为化工品。

其提取、制作方法较复杂，据《抱朴子·内篇》所记，将铅、锡一类物质与醋酸放在一起反应，使之生成黄丹，再由黄丹转化为糊状的铅粉。如米粉一样，干结后研成粉末，故名“铅粉”，有的也做成粉块。

“铅”在我国古代人们生活中占有一定地位。用铅做成的铅粉（胡粉）在古代是一种化妆品。同时古人非常热衷的炼丹术也叫铅汞之术。

早在战国时期，就流行“食金饮玉”可以长生的说法，炼丹术兴起后试炼珠玉（即玻璃）也就成为炼丹家们的活动之一。东汉王充《论衡·率性篇》说：“道人消烁五石，作五色之玉，比之真玉，光不殊别。”这些记述反映了道士们烧炼珠玉的活动，而烧炼珠玉正是导致五色琉璃出现的直接来源。

说明中国很早就已经会烧制“五色琉璃”的技术了，并且是道人发明创造的。

不过，《论衡》只记述了“道人消炼五石，作五色之玉”，却没有明确指出“五石”是什么，其中是否有铅矿。

《史记·扁鹊仓公列传》：“中热不溲者，不可服五石。” 晋 葛洪《抱朴子·金丹》：“五石者，丹砂、雄黄、白矾、曾青、慈石也。”

西汉末东汉初成书的现存最早的丹经《黄帝九鼎神丹》提到“取胡粉烧之，令如金色”，胡粉即是铅粉。东汉炼丹家狐刚子所撰《粉图经》是一部介绍以金属铅煎炼铅丹的专著。

由此可见，铅矿石是中国炼丹术的主要材料之一。很可能道人们在反复试验炼制金丹的过程中，发现用铅矿石和石英砂焙烧可以炼制出质地润泽、光洁晶亮的玻璃。

吹制玻璃真是外来的吗？

关于玻璃耐高温和透明的问题，一般故事说西方是“发明”吹制玻璃工艺才导致的，真的如此吗？

例如：“据说，早在约罗马帝国时期，西方就发明了吹制玻璃的工艺，这种工艺摒弃了模铸的方法，一次烧造就可成形，在此之后的个人装饰品和实用器皿基本上都采用这种方法制作。且玻璃制品耐高温，质地透明，很受欢迎。”

这种提到吹制玻璃工艺制造的玻璃耐高温，质地透明，想要玻璃耐高温肯定得有制造高温的技术，以及使琉璃透明的技术，肯定不可能是因为吹制玻璃才导致“玻璃制品耐高温，质地透明”的，这完全就是想当然的理解玻璃为何能够耐高温和透明。

在这里必须提到一则文献，唐代大学问家颜师古于《汉书·西域传》中注文：“《魏略》云：大秦国出赤、白、黑、黄、青、绿、缥、绀、红、紫十种琉璃……此盖自然之物，采泽光润，逾于众玉，其色不恒。今俗所用，皆销冶石汁，加以众药，灌而为之，尤虚脆不贞，实非真物。”说到大秦国出十种琉璃，也是炼石头制成的。

宋人程大昌在《演繁露》中记进口琉璃与国产品的差异：“中国所铸有与西域异者，铸之中国则色甚光鲜，而质则轻脆，沃以热酒，随手破裂。至其来自海舶者，制差朴钝，而色亦微暗，其可异者，虽百沸汤注之，与磁银无异，了不损动，是名蕃琉璃也。”

宋代赵汝适《诸蕃志》：“琉璃，出大食诸国。烧炼之法，与中国同。其法，用铅硝、石膏烧成。大食则添入南鹏砂，故滋润不烈，最耐寒暑，宿水不坏；以此贵重于中国。”

其中，赵汝适所说的“南鹏砂”应即硼砂，可作为助熔剂来熔化玻璃料，但较之钠、钾等纯碱，熔化力较弱。但其具低膨胀性、化学耐久性、耐热性，能使玻璃性韧，遇高热不胀裂。

今天的玻璃耐高温也是加了硼砂才会遇高热不胀裂。

中国会烧制高温陶瓷器却不会烧高温玻璃？

但是，今天的很多学者认为中国古代不会制造高温玻璃，所以结论通常是“除去原料问题，真正的关键在于中国制玻璃自古以来缺乏完备的退火、徐冷技术。玻璃若未经此步骤，冷却时器表与内部产生过大温度差，玻璃中便产生些许错位或歪斜，只要有碰撞或骤冷热之变都将打破平衡而使之破裂。故而玻璃窑厂中除熔化窑，也需有徐冷窑。或许正是中国制玻璃缺乏此技术，而向中国学习制作玻璃技术的朝鲜、日本等地也就出现同样的情况。”

既然宋人已知硼砂配方是生产耐热玻璃的关键，那么至少在宋代国内产出耐热玻璃就不存在技术问题。说中国人不懂退火温度简直匪夷所思，更为复杂的冶金和瓷器都能掌握。就怕是有心人将所有出土的中国高档玻璃器皿都贴上了西来标签，剩下的才被迫代表国产。

中国文人连外国人用的成份都知道了，居然没有匠师自制？怎么可能呢？要么是假的，要么就是中国故意让这类产品只在国外生产，就象现在欧美把污染严重的产业搬迁到第三世界国家一样。

关于“退火”技术，首先冶铁会用到，比如：韧性铸铁。当把白口铁加热、保温，缓慢冷却时，其中的碳便会以团絮状石墨析出，而基体相当于低碳钢或中碳钢，这种过程现在叫“退火”。

我国古代把这种工艺叫做“柔化处理”，所得的生铁就是韧性铸铁，这是冶金史上的一项重大发明。这种处理技术，早在战国时期就已出现，在两汉至南北朝期间得到了广泛的发展。出土的韧性铸铁器物则不胜枚举。

冶铁的退火工艺都是中国人发明的，却说中国人制造玻璃“自古以来缺乏完备的退火、徐冷技术”，这不是强行证明中国“自古不会制造高温玻璃”的结论，以此完全抹杀中国人的贡献吗？！得出钠钙玻璃、硼砂玻璃都“不可能是”中国人发明制造的，强行证明这些技术只能是外来的，完全无视退火工艺本身就是中国人发明的事实啊！

据称，我国古代的玻璃，一直是较为简单的低温铅钡玻璃。因为化学成分和烧成温度的原因，遇到热水就炸，因而根本无法用来做生活器皿。而西方的“钠钙玻璃”属于两个不同的玻璃系统，虽然透明度较差，但却结实耐用，遇热不炸裂！因此，我国古代的玻璃只能局限于装饰品，而很少被用作饮食器具，更谈不上制作光学玻璃了。

也就是说，中国能够制造出高温瓷器，却做不出高温玻璃，这是不是很可笑呢？！要知道瓷器的釉，“无灰不成釉”啊，却又说中国不会制造草木灰钠钙玻璃，这可真是有意思极了！

还有，一直以来都说中国制造不了“透明水晶”的琉璃玻璃制品，只能制造不透明的琉璃，但是，按照这种说法，中国的铅钡玻璃铅基玻璃是属于透明水晶琉璃，反而是中国最能够制造出来的琉璃制品呢！

宣称是西方“发明”的钠钙玻璃反倒是不透明的玻璃品种，只是耐热不炸裂，属于高温玻璃，问题就在于需要高温制造的东西很多，冶金陶瓷器琉璃，而高温瓷器中国能够制造出来，没有理由认为高温玻璃中国却制造不了的。

玻璃的透明性与铅含量有关系

那么再来看看透明玻璃是怎么制造出来的。

既然有技术，那么是否能够增进玻璃的透明性呢？

这是人们在战国时期考虑的问题，他们想起了春秋时期有人利用铅丹与硝石助熔的特性制作药材，是不是铅丹与硝石在制作玻璃的时候，一样有助熔的作用呢？经研究，这种想法被证实，一种叫做“蜻蜓眼”的半透明玻璃被制作出来，这也是我国现今探索到早的铅钡硅酸盐玻璃。

到汉代的时候，已经能够制作一些面积比较大的玻璃了，例如在山东即墨存有32.5厘米×14.8厘米×3.5厘米、重量为5.25千克的铅钡硅酸盐玻璃。

而铅钡硅酸盐玻璃正是在我国春秋到汉代时期逐渐普及，技术也逐步提升，除了使用铅降低其温度，提高其流动性外，还逐渐尝试使用硝石精进玻璃制作工艺。到汉代，已经有钾硅酸盐玻璃出现，这一点在广东、广西出土的玻璃文物即可证实。

到了唐朝时期，据说得益于“吹玻璃”技术的传入，钠钙硅酸盐玻璃的制作得到了进一步的发展和改进。宋代逐步开始用氧化钙替代氧化铅，此时的炉温已经能够达到1400度高温。

到了元明清时期，玻璃的制作得到大力发展，元朝开始，基本上都是钾钙硅酸盐玻璃了。早期的玻璃制作厂也开始出现，主要的玻璃厂有两个：故宫皇室玻璃厂、淄博琉璃厂。

尽管如此，在当时的玻璃制品一般都是发簪等小件居多。

战国时期和汉代的琉璃不仅含氧化铅，而且含氧化钡。这种成分独特的玻璃来源于我国特有的矿石原料。

我国最主要的铅矿石是方铅矿，而方铅矿经常与重晶石（BaSO4）共生。用这种共生矿，经过氧化焙烧，得到的氧化铅中自然含有氧化钡。湖南自古以来是盛产铅的地区，现已查明，这一带多为方铅矿和重晶石的共生矿。以这类矿石焙烧后的煅灰为原料熔炼出的玻璃，自然是铅钡玻璃了。

因此推测，这种铅基玻璃的发明最早不是来自制陶工艺的启示，而是源于冶金的经验。根据目前考古发掘到的铅钡玻璃绝大多数出于楚地湖南的事实来分析，那个地区自古是盛产铅的地区，现又已查明所利用的矿种是方铅矿，而这类方铅矿还经常与重晶石(BaSO4)共生。

可以设想，在西周及春秋战国时期，当用陶质坩埚、土釜氧化焙烧这种方铅矿时，当氧化铅生后一旦与陶器内壁的粘土成分接触，容器壁又有800—900℃的高温，就会在埚、釜壁上生成一层润泽、晶亮的铅釉，从而使工匠得到最初的启示。这种铅釉经敲击脱落下来，很像玉石，于是他们便会逐步有意识地利用铅矿煅灰混以粘土、石英砂一起熔炼，就成为我国最早的玻璃。如果所利用的方铅矿中混有共生的重晶石，那么所得到的玻璃中自然地就会有氧化钡（BaO）的成分了。

及至东汉时期，为了制得更纯净、透明的玻璃，开始用人工铅丹(Pb3O4)或黄丹(PbO)来制造玻璃。这两种氧化铅都是用金属铅经氧化制作的，或先制成铅粉〔PbCO3·Pb(OH)2〕再焙烧成铅丹、黄丹。

因为矿石中的氧化钡（BaO）成分在冶炼铅的过程中不可能被还原进入金属铅，因此用铅丹、黄丹烧炼出的玻璃不可能再含有氧化钡了。所以此后制造出的铅玻璃就变成“氧化铅-二氧化硅”体系的了。

铅钡玻璃因为烧制温度低，有大量气泡，且含有钡，因而透明度不高，很像不透明玉。这种不透明一开始可能不是古人故意为之，但是，正是类似玉，才使得古人喜欢并且进行专门的制造这种仿玉似的琉璃玉，因而使得琉璃制造技术不断发展。

在《晋书》“王济传”就记载，晋武帝司马炎临幸王济家，看到侍圣的宴席上“供馔甚丰，悉贮琉璃器中”，说明琉璃器的上层社会使用普遍。

到了唐代以后，全国各地又出现了“氧化铅-氧化钾-二氧化硅”（PbO—K2O—SiO2）体系的玻璃，即增加了氧化钾（K2O）的成分，这正是铅丹工艺的进步所造成的结果。

因为原来的两种制铅丹法不够经济或效率太低，到唐代时便出现了以金属铅加硫黄再加硝石(KNO3)一起合炼制作铅丹的工艺，生产效率大为提高，很快推广。

例如：中唐时期问世的炼丹术著作《丹房镜源》就记载：“凡造丹(黄丹)用铅一斤，硫二两，硝一两。先熔铅成汁，下醋点之，滚沸时下硫一小块，续下硝少许，沸定再点醋，依前下少许硝、黄，沸尽黄亦尽。炒为末，成黄丹。”

显然，采用这种新工艺所得到的黄丹中必然含有大量的硫酸钾（K2SO4），用它烧炼出的玻璃当然就增加了氧化钾（K2O）的成分，变为为“氧化铅-氧化钾-二氧化硅”（PbO—K2O—SiO2）体系了。

这里出现了硝石，烧炼出来的玻璃应该类似玉石，也与火药有一定关系。

现代高级玻璃中有一种硼玻璃，即原料中多加了硼砂成分，即属于氧化钠—氧化钙—氧化硼—二氧化硅（Na2O—CaO—B2O3—SiO2）体系。

其实，这种玻璃我国古代也曾试炼过。唐代的一部炼丹术著作《金华玉液大丹》中就有一个有趣的“琉璃药”配方：“琉璃药，用铅黄华(即黄丹)半斤，加硝二两，硼〔砂〕二两，大火扇作汁。”

但，随后今天的学者却很奇怪的推定“这种玻璃配方未能在我国推广，以后也失传了”。证据仅仅是因为唐代时期硼砂是远从西藏运销中原的（《丹房镜源》记载，硼砂出果州。即今四川南充），认为路途艰险，交通阻隔不便，断定“只有少数炼丹家和医药家才偶尔使用”。

这种结论是现代人的脑补臆测，并非代表唐代硼玻璃炼制的真实情况。

唐代正是炼丹术的大发展时期，铅丹工艺的发展，既使得铅钡玻璃工艺提升，也使得火药技术相应的取得了新的发展。

图 隋代 椭圆形绿玻璃瓶

隋代，玻璃器皿的器形虽小，但工艺水平大为提高，玻璃制作的原料，也发生了重大的变化，由战国到汉我国的铅钡玻璃，转变为高铅玻璃，高铅玻璃料性大，便于加工薄壁的玻璃器，也更适用于吹制技术，这为唐代的玻璃制造业奠定了基础。

时至北宋时期，玻璃工艺水平又有了很大进步。河北定县的一座北宋培基中出土的33件舍利玻璃瓶，器壁如薄纸、如晶明；安徽天长出土的磨光玻璃，以及河南密县出土的上百只鸡卵状玻璃瓶，都是北宋玻璃制造技术进步和吹制玻璃水平发达的明证。

到了宋辽之际，玻璃制造业已非宫廷皇室所垄断，民间的玻璃作坊也已经发展起来，质量普通的玻璃制品已成为比较常见之物。

宋赵汝适《诸蕃志》：“琉璃，出大食诸国。烧炼之法，与中国同。其法，用铅硝、石膏烧成。大食则添入南鹏砂，故滋润不烈，最耐寒暑，宿水不坏；以此贵重于中国。”

中国传统玻璃的进一步发展，是无钡玻璃的出现。这种方法炼制出的玻璃由于原料中不再含有铅矿中附有的众多杂质，因而更加光洁晶莹，更像玉石，而且熔炼温度也有所降低。

玻璃工艺水平此时又有了很大进步。并且此时琉璃饰品也十分流行，比如琉璃簪子，据《宋史·志第十八·五行三》中记载：“绍熙元年，里巷妇女以琉璃为首饰。

图 南宋 琉璃簪

《唐志》琉璃钗钏有流离之兆，亦服妖也，后连年有流徙之厄…咸淳五年，都人以碾玉为首饰。有诗云：‘京师禁珠翠，天下尽琉璃’。”

虽然《唐志》里说琉璃谐音“流离”，被认为寓意不祥，但仍然无法阻止其风靡天下，宋朝时琉璃簪钗广为流行，佩戴琉璃发簪成为风尚，就连里巷妇女等普通市民阶层都可以佩戴得起。

宋代诗词中玻璃一词出现的频率非常之高，同时也会出现“琉璃”、“药玉”等。

药玉一词也是在宋代出现的。由于宋代时玉料难得，而当时以玻璃仿玉的工艺已经相对成熟，便开始以“药玉珠”替代玉珠，其实也就是指玻璃珠。元代有专门烧造玻璃的官方作场，称为“罐玉局”，也是用来仿制玉器的。

北宋时期，玻璃又有“药玉”“瓘玉”等别称。

《觥记注》有“苏东坡有药玉盏，又有荷叶杯，工制美妙”

《宋史·舆服制》：“今群臣之冕，用药玉青珠，五色茸线。”

又云“佩药珠，衡，璜等物”。

南宋周密在《武林旧事》将国产玻璃制的灯称之为“琉璃灯”，把从大食进口的玻璃器物称为“玻璃”，如“大食玻璃官窑等瓶”，由此，“玻璃”一词才成为专名，一直沿用到今天。

除此以外，还有用玻璃来仿制瓷器的，苏东坡在《独酌试药玉滑盏》中写道：“熔铅煮白石，作玉真自欺。琢削为酒杯，规摩定州瓷。”诗中将当时的制作工艺清晰的描述出来：以铅作助燃剂熔化石英烧造酒杯，模仿当时的定州瓷器。

高含铅量一直是判断中国本土玻璃的一个重要标准，因为中国古代所制的玻璃器物仅仅用于赏玩，而并非作为实用性器皿，所以基本上都是高含铅量。

其中，铅钡玻璃的“铅”含量的多少影响玻璃料性，导致了高铅玻璃的出现，也适合吹制玻璃。

加入铅，会使玻璃特别透亮，效果类似于水晶。因此所谓的很多水晶制品就是铅玻璃，比如著名的施华洛世奇水晶。

我们再继续分析吹制玻璃是否是外来的问题。

图 隋代 绿玻璃小瓶 中国国家博物馆藏

这件绿玻璃小瓶器物被当做了“西方吹制法”制成的，简介如下：

“此器出土于隋文帝杨坚的曾外孙女、北周宣帝宇文赟的外孙女——李静训的墓中，为195件禁止出境文物之一。器壁极薄，晶莹玉润，以西方吹制法制成，造型又颇具本土特色，是“洋为中用”的典型代表，也是隋朝出土的最顶级的玻璃制品。”

可是，我们前面说了高铅玻璃才会有利于吹制玻璃，可是西方玻璃学会加铅是在1674年啊，隋代的这件“绿玻璃小瓶”怎么学英国在1674年才会铅玻璃的“西方吹制法”呢？

西方玻璃的技术的有一项关键的革新发生于1674年，英国玻璃大亨乔治·鸦田（George Ravenscroft, 1632–1683）在玻璃加入了24%的氧化铅，让玻璃更加容易熔化。

可是问题在于，中国一直多为铅钡玻璃啊，早就知道了怎么制造铅玻璃了，高铅玻璃的助熔剂成分主要是氧化铅，并且不含氧化钡，有时候氧化铅含量可以高达60％，流行于魏晋南北朝到唐宋时期。

这种对于西方英国所谓的玻璃技术革新，只是相对应西方来说是技术革新，而对于中国来说，那是早就知道的技术，更不如说是西方从中国得到的高铅玻璃技术。

我国自战国时期出现的玻璃不仅含有很高的氧化铅，而且还往往含有相当高的氧化钡。这种古代的铅钡玻璃令世界惊奇。

直到19世纪，欧洲科学家才认识到氧化钡可以增强玻璃的折射率，为了制造光学玻璃，把氧化钡引进了玻璃的原料中。在此之前，无论是欧洲，还是西亚，玻璃都不含氧化钡（除非是作为微量元素）。因此氧化钡的存在被视为中国古代玻璃的显著特征。

另外，据说在西元前8～前6世纪的尼姆鲁德（Nimrud）遗址中也曾出土过鲜红色的玻璃块，经化验，含氧化铅高达22.80%。

那么，现在我们再看这个高铅玻璃的年代就很有问题了，在当时只有中国魏晋南北朝到唐宋时期才有高铅玻璃，西方这个红色高铅玻璃块的年代只能是进行了伪造，提前了年代，或者说来自于中国。

满清斌椿在《乘槎笔记》（1866年）游欧洲时提及了当时西方造玻璃法，我们再来看看是西方当时是如何制作玻璃的，其中说道：

“二十七日 晴。往拜也君及夫人。园亭幽雅，花木繁盛。嗣往造玻璃处。询知以海岸沙及铅与碱贮土窑中，纳巨炉烧之。倾出融如金银，入模成块。

又有用铁器搓成团，以长铁筒贯而吹之，即如水泡。旋烧旋抡，渐长至三尺许，中空而大如瓜瓠（hu）矣。齐其两端，一直划，置文火中烧半刻许，即开。以铁尺于火中横砑之，则平如纸矣。”

这段文字可以看出所谓“西方造玻璃法”用到了海岸沙、铅及碱土，换成可以理解的就是石英砂、铅、草木灰（碱性物质），非常类似中国烧造陶瓷器的工艺。之后，用到了玻璃的吹制方法，也属于吹制玻璃。

但是，有本书《中国哲学对欧洲的影响》说中国人更早知道玻璃的制法，法国人曾在广东见过透明玻璃窗的事情。

图 《中国哲学对欧洲的影响》一文提到“中国人比欧洲人先知玻璃的制法”、法国人曾在广东看见透明玻璃窗

这起码说明西方知道玻璃的制法并不早，中国人也早就使用过透明玻璃窗了，还有满清时西方对中国的各种制造工艺都非常感兴趣，外销画里也记录了这些信息。

其中，道光年间的《中国自然历史绘画》就有清代吹制玻璃技法的制作过程。

令人意外，第一次工业革命中的西方国家竟然对“手工业”的大朝的点点滴滴都那么地感兴趣。为什么呢？这不令人奇怪吗？

图 道光年间的《中国自然历史绘画》：吹制玻璃，裁片

道光年间的《中国自然历史绘画》提供了很多以前不了解的知识。比如清朝吹制玻璃，吹制完了还要切片再加工成平板玻璃。这个似乎和百度平板玻璃的发展历史不太符合，而且这套绘画大抵是作为外销画流传到国外的。

道光是清宣宗道光皇帝爱新觉罗·旻宁的年号，一共有三十年（1821年—1851年）。

也就是说，道光年是1821年到1850年。道光年指的是清朝道光皇帝在位期间的这段时间，这就比1866年《乘槎笔记》记载的西方造玻璃法用到的吹制玻璃法早得多了。

同时，在道光年间《中国自然历史绘画》绘制的清朝吹制玻璃法，吹制完成后切片再加工成平板玻璃的流程，与满清斌椿在《乘槎笔记》（1866年）游欧洲时记载的西方造玻璃法用到的吹制玻璃过程“又有用铁器搓成团，以长铁筒贯而吹之，即如水泡。......以铁尺于火中横砑之，则平如纸矣。”是一致的。

这也证明中国的吹制玻璃法比西方更早，反倒是西方吹制玻璃法是怎么来的，并不是很清晰，值得怀疑。