明朝那些事儿系列1-明朝的火药真的比清朝强吗？
前言
在国内网络上，说到明清的火器常常是这样一种印象，那就是明朝重视火器，其火器远较清朝先进。而清朝由于“以骑射为本”，导致清代重骑射而轻火器，加上清朝又闭关锁国，在火器发展上远不如明朝，严重制约了我国火器的发展，事实上清朝真的是造成中国火器落后的“背锅侠”吗？那么我们首先从火器应用最基本的东西－火药开始讲起。
黑火药
火药技术相关简介
火枪、火炮的应用离不开火药这一发明。我国古代发明的是黑火药，它的配方主要有硝石、硫磺、木炭等含碳物质，再经过对三种原料人工均匀拌和炼制而成。火药是由硝石这一氧化剂供氧完成燃烧过程，形成内燃烧体系的。除了正确地制备这三种成分外，制作质量优良的火药还必须把握好三种成分的组配比率，根据使用目的的不同，组配比率也要发生相应的变化。
图为现代黑火药的配方
经过几百年的试验和实践，到了近现代人们发现黑火药的组配比率为硫磺占10%左右，木炭占15%左右，硝石占75%左右时是最合适的黑火药配比。
我国虽然在宋代就已经掌握了火药的主要成分，但在成分配比上还不够成熟，除了这三种成分外还掺杂着清油、麻茹等十种成分，这些成分主要是易燃物质，这反映了时人还未能充分认识到火药的爆炸性能。从宋代的火药组配比率来看，硝的含量也比较低，配方不够成熟。硝的增加会在火药燃烧时提供更多的氧气，使火药中的可燃物充分燃烧，产生的气体也会更多，从而大大增强火药爆炸的威力。按照这种比率制作的火药，只能利用其燃烧的性能，爆炸的威力较弱。可以说宋代的火药还处于初始阶段，还有待改进。
元代火药配制有关的记载目前还相当缺乏，只在西安发现了元代中晚期的火药实物，同时也是我国现存最早的火药实物。经专家研究，发现其火药成分构成更加合理，火药的组配比率更加科学，其中硝石约占60%、硫磺约占20%、木炭约占20%。硝石的含量远较《武经总要》记载的为多，火药的爆炸威力得到很大的增强，与宋代相比，质量和性能得到了明显提高。
明清火药配方
在明代的兵书中，比较完整的记载了明代火药配方的有《火龙神器阵法》、《武编》、《兵录》、《武备志》、《火龙经》、《西法神机》、《火龙掣要》等等，其余如《纪效新书》，《城守筹略》等等也对火药的品种有零星的记载。这些零零总总的火药配方加起来，除去宋代、西方的火药品种和配方，及不同兵书中重复的内容外，约有90余种。这些火药品种大致可以分为两类，一种是火绳枪、火炮、火门枪的发射药，另一种是爆炸火药、喷射火药、燃烧火药等等。
在这两大类火药品种中，明代黑火药配方的进步是同外来的影响密切相关的，传统上明代使用的燃烧和爆炸火药同发射药的要求是不一样的，用于发射的火药除了硝、硫黄、炭之外不能夹杂其他的成分，这样才能保证火药的含量高，燃速快，显著提高火炮、火绳枪的射程和威力。欧洲虽然接触火药的制造技艺比较晚，但发展很快，14世纪就已经后来居上占据了世界的领先地位，其成果随着欧洲探险者的东来也逐渐传入明王朝，对明朝的火药制作技艺的发展是有很大帮助的。
明代最早涉及欧洲发射药配方东传的记载来自于《筹海图编》，在其中的第13卷谈到鸟嘴铳时有这样的记载，“鸟铳之制自西番流入中国，其来远矣，然造者多未尽其妙，嘉靖二十七年都御史朱纨遣都指挥卢镗破双屿，获番酋善铳者，命义士马宪制器，李槐制药，因得其传而造作比西番尤精绝云”。可见明人当时不仅学习如何制造鸟铳，还对葡萄牙人的火药进行了仿制，得到了很大的收获，质量不亚于葡萄牙人。同时，在同时代的抗倭名将戚继光赫赫有名的兵书《纪效新书》中，记载了一个鸟铳发射药的配方，此配方极有可能是明人同葡萄牙人的火药配方融合后的产物。
明朝已经获得了与欧洲的枪炮使用的发射药相差无几的配方，两者的组配比率应当是相近的。那么清代的火药配方又如何呢？
清代前期的火药配制技艺，是继承明代的发展成果而来。事实上，满人对火药、火器的制造技艺很早就开始琢磨了。据明人赵士祯的《神器谱》记载，“臣自东援之后，因闻建虏奴尔哈赤于万历九年，穷三站抢去茶客龚五，凭以制造火器，以貂皮、人参易我硝黄、犁铁套。虏用年前宁夏叛卒并沙湃，抢去川兵制造火器。”可见，满人并不排斥火器，反倒是想方设法地搞到懂火器制造技艺的人才，用貂皮和人参交换以取得硫磺这一火药的重要原料。不过，虽然满人学习火器的积极性很高，但最初只能掌握一些初级火器的制造方法。
萨尔浒之战
除了自食其力外，后金军在辽东一连串的征战中，也缴获了大量的明军火器。在萨尔浒之役，明军惨败三路明军全军覆没，阵亡45870余人，明军散落在战场上的2万余件大小火器也为后金所得。萨尔浒惨败后，后金军在辽东势如破竹，连克辽东70余城，又有更多的明军火器落入后金手中，后金将这些缴获的火器大量装备自己的军队并在作战时使用。因此，明人徐光启叹道，“连次丧失中外大小之铳，悉为奴有，我之长技，与贼共之，而多寡之数且不若彼远矣。”
目前，对入关前清朝火药配方的记载还暂未发现，记载主要集中在入关后。如《武备志略》、《大清会典事例》、《大清会典》、《筹海初集》、《皇朝兵制考略》等等。具体数据如下表所示。
可以发现，虽然在明清的兵书等记载中硝、硫磺、木炭不是8:1:1的比例，但为何清代在实际制作时常常会变成8:1:1的比例呢？这是因为纸面的配方和实际生产准备原材料的配方是有一定差异的，一是工匠在制作习惯上倾向于增加硝石的含量，提高火药的威力，清代沿袭了明代的火药制作工艺，对硝石、硫磺、木炭的特性也是有相当的了解的，工匠们无疑明白硝的增加有助于火药的快速燃烧及分解，会提高火器的威力和射程。
二是在实际生产过程中，硝的提取煮炼工艺存在着相当程度的损耗问题，为了减少制作过程中的损耗，只能多添加硝以保证最后产品接近理想配比，江苏巡抚程橘采1842年给朝廷上的奏折就曾提到，“仿照前任福建水师提督陈阶平奏订通行之案，认真制造备用，不特提煮硝斤折耗较大，即磺炭二项亦须拣炼精良，因之物料人工均有增益（《鸦片战争档案史料》）。”
三则在火药的储藏过程中，在与空气长时间接触后受潮或者被水淋湿后，都须加硝重新舂磨才可使用。清《火药略说》中说，“如火药储放日久，收藏不密，经受风湿，硝气走拽，或为雨水淋浸，则不可复用于军营，必须再为舂磨，加足纯硝，仍如法配置，方可合用。”所以，在生产时略提高硝的含量，就能让士兵无需将时间较长的火药桶开封后还得重新加工，否则经过长久存储的火药硝被耗去，必然威力不足。
此时的欧洲虽然接触火药的制造技艺比较晚，但发展很快，其火药配方逐步发展成熟。如1635年，英国人公布了其使用的标准火药配方是，硝石75%、硫黄12.5%、炭12.5%。这个比例比起黑火药最佳的组配比率相差已经很小了。到了19世纪初，英国化学家歇夫列里在1825年经过多次计算后，得出了黑火药的最佳化学反应方程式，据此得出了硝、硫、炭的最佳组配比率74.84%、11.84%、11.32%为最佳的火药配方，按这个比率生产的火药放出的热量最大，上升的温度最高，杀伤力最强。英国根据这一化学反应方程式，配制了75%、：10%：15%的枪用发射火药和78%：8%：14%的炮用发射火药，这两个配方被确定为标准的火药配方。欧洲人依据化学理论的推导，计算出最合适的火药组配比率的方法是缺乏化学知识的明清无法做到的。
明清火药劣质工艺前赴后继
在火药的配制工艺上，明代的《西法神机》与《火攻掣要》记载的火药配制技艺同欧洲17世纪的火药配制技艺十分相近，从侧面反映了中欧之间的火药技术的交流情况。
图为西法神机中记载的火药制作技艺
制作火药时，首先将三种原料进行精选和提炼，然后在确保原料品质的基础上将其碾成粉末，具体操作方法是按照比例称好分量后分别放入石臼或木槽中进行反复搅拌，成为细末。其次是将其三种成分拌合，方法是在按比例混合放入木臼后，加入少许水或烧酒，将三种粉末拌合成湿泥的状态，并用木杵不断地进行搅拌，在此过程中要杜绝沙石等杂质的进入，以免在搅拌过程中发生磕碰导致火灾；在混合物快干的时候，加水再捣，使混合物充分的均匀拌合，而后取出在阳光下晒干。三是要对成品进行质量检查，通过选取一部分晒干的火药成品，放在纸上燃烧，如果迅速燃尽而纸张完好的，就是合格的制品；如果将样品放在手心燃烧，火药燃尽而手心不觉得热，那同样能证明是合格制品。反之，如果在纸上留下了黑星白点，或手心有烧灼感，则仍不合格，需要返工再碾，直到合格为止。最后，还要对火药颗粒进行筛选，先将制成的火药破碎成一个个的颗粒，用粗细不等的萝筛，筛选出适合大炮、鸟铳等所用的大小不等的火药颗粒，不成粒状的作为火门引药，剩下的细粉末全部剔除。这种按枪炮的大小口径和药室大小来选用火药颗粒的做法，不仅提高了发射时的威力，也保证了发射时的安全。
清代前期的火药配制技艺，在继承了明代技艺的基础上，对火药的三种原料硝、硫磺、炭的加工工艺进行了改进，对火药的质量有一定的改善与提高，总的来看，由于仍然停留在手工工场的阶段，清代的火药制作技艺和明代差别并不很大。清代在火药制作工艺上的显著进步主要是在第一次鸦片战争时期，进步主要体现在对火药的配制工艺进行改进方面。
比如在《火药略说》的记载中，除了在火药的组配比率上同英国人的配方一致外，还着力对火药进行精制，在将制成的火药饼槌碎后，首先用圆眼筛筛过后分出粗细粒，再将颗粒放入圆筒中反复滚动，把变圆滑的颗粒拿出装好备用。并且，有意思的是，在计算火药点火所需时间时，还对西方的计时方式一并实行了“拿来主义”，“必得两三秒许，才能齐着”，这从侧面也反映了清人对西方的学习。
不过，这些技术创新没有改变手工生产方式的基础，提高仍然比较有限，虽然质量上偶尔可以达到与英国火药相当的水平，但很大程度上是由于加强了劳动强度以及在制作过程中格外精工细作的结果。而欧洲人早在16世纪，火药的制造就从手工向机械化转变了。下面不妨对比一下中西在制备工具上的差异。
上图为中国传统碾药木槽，下图左为1450年前Feuerkbuch手稿中利用弹性杆的悬吊碾磨工具，下右为16世纪后的火药碾磨机
法国在16、17世纪是配制火药工艺比较先进的国家，他们已经尝试使用以水车为动力的机械配制火药。配制火药时，首先开动水车，以水车的动力传动捣磨机，将捣磨机下方的火药碾碎。
到了鸦片战争时期，英国的火药制造工业甚至还采用了蒸汽机、水压式机械、机械造粒缸、蒸汽加热器、石墨制成的磨光机等一批先进的机械生产火药。以先进的工业设备提取纯度高的硝和硫；以蒸汽机带动转鼓式装置，对火药混合物进行粉碎和拌合，用水压式机械将制成的火药放在碾磨上，压成坚固均匀的火药块；接着使用机械造粒缸将火药块制成大小均匀的火药粒；再将火药粒放置到烘干室内，用蒸汽加热器将室内温度提高到40-60度，使火药粒干燥；最后用石墨制成的磨光机将药粒表面磨光除去火药粒上的气孔，降低火药的吸湿性以延长火药的贮存期。欧洲人以蒸汽动力和机械操作代替了手工操作，已进入近代工厂的机械化生产阶段，两相比较，明清仍然使用传统的木臼、木槽，用木杵手工搅拌火药，用圆筒打磨火药粒相比之下要原始的多。
也就是说，虽然明清两代看起来掌握了制作精良火药的技艺和方法。但在实际制造的过程中，由于仍然停留在纯手工操作阶段，加之各地对火药生产的监管不力等原因，自然难以实现高质量批量化的火药生产，质量难免会有相当粗糙和低劣的情况。
带水平汽缸和圆顶锅炉的特里维西克高压蒸汽机的侧面图
明王朝在明末“事事俱坏极了”的情况下，火药制造的质量也同样江河日下，明末总督京营的赵世新就提到明军公发的火药“奸匠积习相同，粗糙不堪搪塞，各军领药到手多将原药变卖自买迅药” （《筹辽硕画·卷十八》），就是说官方工匠偷工减料，给明军京营制作的火药质量太过粗陋，明军拿到这些破烂后都将其卖掉，然后购买质量好的优质火药，这不得不说也是种悲哀。
在火药质量不佳的情况下，明人在明末面对的满清却是个披挂着坚固铠甲的强敌，于是火器应有的大杀伤力没有发挥出来，《徐光启集》就说：“虏多明光重铠，鸟铳之短小者未能洞贯”。因此不难理解，在辽东战场上，明军面对着穿着重甲的后金重步兵以及几寸厚木板蒙上牛皮制成的盾车，这些质量低劣的火药若用在战场上，恐怕真的难以对后金军造成很大杀伤。而明代这些弊端，制度承自明的清王朝同样也避免不了，在鸦片战争时期，质量不佳的火药同样也给清军拖了后腿。
和西方接触更多后，中国火药质量的恶劣在其对手中也相当知名，第一次鸦片战争中和清军打仗的英国军官Bingham在其著作《英军在华作战记》中提到，中英大角、沙角之战，中国“火药库里面存放着几千磅粗火药，装在木桶和泥罐中，我们全部投之于海，因为虽然中国火药的成分几乎和我们的相同，却是一种粗劣的东西”。
另一名英军军官伯纳德的《尼米西斯号轮船航行作战记》也说“中国火药效果不强，与英军相比，虽然制作原料和比例差不多相同，但是制作粗糙，加大了为完成某种任务的难度。”
英军的蒸汽轮船尼米西斯号
可见从火药配比上看虽同英国人相差无几，但由于火药质量不佳，甚至还混有泥沙，导致清军火炮的射程和威力受到很大的影响，炮弹“有时仅滚下炮口和翻一些筋头”。而火药这种重要军资，粗陋的中国产品在英国人看来连缴获价值都没有，干脆丢进大海了。火药制作不精的弊病清人自己也很清楚，《火器略说》中提到，“近日中国官药，所用硝、磺、炭，其数多寡与英国官药同，所不可知者，质欠精纯，匠役偷减，局疏查验，草率从事，遂致物料虽同而功效相去悬殊”。工匠制作时偷工减料的情况同明代相比简直一模一样。
目前，我国学界在研究明清的火药、火器时往往只关注纸面上的记载，对实际应用时的状况却着墨不多。而实际应用时，从纸面到实际应用的过程中往往会打折扣，平时吹的天花乱坠的各种神器，战时很有可能因为质量不佳根本达不到应有的效果。清朝由于和西方接触更多，面对的敌手水平更高，败绩更显著，尤其是败于并非中华民族一员的西方人，于是显得清朝名声似乎更加恶劣，但毕竟败在西方列强手里无论如何也不能认为比败于边境游猎民族的明朝更无能。可以说，明清两朝在这一缺陷上形如兄弟，或者说在缺乏监督制衡的皇权体制和国营制造模式下，这种事情本就是无可避免的必然。
自然科学的粗陋制约明清火药发展
我国古代的火药脱胎于炼丹术，同时又被视为一种药剂，因此中国古代的火药理论为了解释火药的燃爆现象，不仅包括了中医的配伍说，而且还吸收了炼丹术中的阴阳学说以便用于解释火药理论，并于明代发展成型，为我国火药理论完成了定型和诠释，并延续到了清代。
为了解释硝、硫磺、炭在火药中的主次地位，火药研制者于是依据中医的配伍说法，将中医里的“君臣佐使说”转用于火药上，在中医药方中，有君药，臣药、佐药、使药之分。明末的火药研制者为了解释火药燃爆的原理，将这一理论引入火药制作的范畴，将配制火药所需的原料硝、硫磺、炭分别称作君、臣、佐、使。最早采用这一“君臣佐使说”的，也许是元末伪书明代成书的《火龙经》，其后的《武编》、《武备志》、《兵录》等兵书中则有更为系统的阐述。比如在《武编》前集卷五《火·火药赋》中是如此描述火药理论的：“虽则硝、硫之悍烈，亦藉飞灰而匹配，验火性之无我，寄诸缘而合会，硝则为君而硫则臣，本相须以有为，硝性竖而硫性横，亦并行而不悖。为灰为之佐使，实附尾于同类。善能革物，尤长陷阵。性炎上而不下，故畏软而欺硬。臣轻君重，药品斯匀。《武备志》收录的《火药赋》中也提到，“硝为君而硫作臣，炭灰佐使最通灵”。
“君臣佐使说”是朴素而完整的火药理论，可以看出君指火药中的数量最多的原料、火药反应中最活性的物质以及发挥效果的最主要负担者。硫磺称为臣，君臣是火药发生作用所必须的，而佐使是可以变通，可以代替的成分。
除了 “君臣佐使说”外，还有一种理论来自于炼丹术中古老的“阴阳说”。持这一说法的是《天工开物》的作者宋应星，他在《天工开物·燔石·硫磺》篇中说到，“凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴，两情逼合，成声成变，此乾坤幻出神物也。”又在《天工开物·佳兵·火药料》中说，“凡火药，以硝石、硫磺为主，草木灰为辅。硝性至阴，硫性至阳，阴阳两神物相遇于无隙无容之中。其出也，人物膺之，魂散惊而魄齑粉。”可见宋应星已经观察到火药爆炸时产生的大量的热和约相当于原来体积一两千倍气体的威力，其描述比较贴近火药发生化学反应时的机理和情况。
大致上可以说这两个学说贯穿了我国明清两代的火药理论发展。显然，这两种理论都谈不上对火药爆燃反应的本质的剖析，仅仅是对物质组合现象的大略描述，而就算是描述现象，也没有精细的量化认知，如果不是西方火药配方的传入，很难认为中国会在同样时间内发觉更好的火药配方。
而西欧地区，从16世纪开始，脱胎于炼金术的化学学科的雏形已经出现，并逐渐掌握了系统实验的方法，内容包含有各种化学配方的小册子已经达到了数不胜数的程度，并形成了良性的发展，通过实验量化分析得出更好的加工手段和配方比例，而相较之下我国那朴素的火药理论自然相形见绌，日趋落伍了。
图为英法联军攻克大沽口炮台，炮台内的清军尸横遍野
虽然到了19世纪40年代，清朝的黑火药制作技艺达到了巅峰，但属于黑火药时代的舞台却已临近落幕了。到了第二次鸦片战争，面对着拥有阿姆斯特朗大炮的英法联军，仍然使用着传统红衣炮的清军根本无法同联军相匹敌。在大沽口之战和八里桥之战中，清军在联军火炮的轰击下蒙受了惨重的伤亡。第二次鸦片战争结束后，黑火药的时代逐步落下了帷幕，深感清军兵器远远落后于西方列强的清朝有识之士们开始了洋务运动，掀起了学习西式兵器和无烟火药的高潮。至此，中国的黑火药时代结束了，此后的发展已经超出了传统中国火药技术发展的范畴，已经无须再加以比较了。
结语
爱因斯坦说科学的基础有二：一是古希腊哲学家发明的形式逻辑，二是文艺复兴时期发明的系统实验的方法。同样在16、17世纪，欧洲人对数学、物理、化学等自然科学知识的了解越来越多，并逐步形成了各自的专业学科。在数学领域，莱布尼茨和傅里叶这群人发明的微积分、级数和傅里叶变换是研究物理、化学、天文学等学科的工具，至今仍令很多大学生头疼不已，挂科无数。在物理学领域，牛顿三大定律想必大家读初中物理时都接触过，发现光学折射理论的德国人开普勒，开创磁学的英国人吉尔伯特。而这些名人之外，还有许许多多中国人并不熟悉的学者如认定了酸碱反应产生盐的Tachenius、玻璃实验大师Kunckel等等。那个时候的欧洲，正如斯普拉特所说：“实验风气如此迅捷地传播开来……所有的实验室人员都忙忙碌碌的投身于实验。”这许许多多的发明和科学家以及整个鼓励研究和发明的社会氛围，为欧洲军事科技的进步，乃至整个文明的飞跃性进步打下了坚实的基础，罗马不是一天能够建成的，苛求根本没有达到欧洲文明基础，建国时就已经落后西方许多的清朝在军事技术上能同欧洲一较高下，这本来就不现实的。
1708年的哈里斯《技术词典》是那时欧洲百年来技术工具书的集大成者
鲁迅先生说的好，必须敢于正视，这才可望敢想、敢说、敢做、敢当。显而易见，清代的火药技术同明代一脉相承，是中国古代传统火药制作技艺的集大成者，其中又有外来西方技术的极大影响。那么，火药技术落后的黑锅能让清朝来背吗？清代的做法不过是对以往的火药理论、配方、生产方式的沿袭而已，想要推陈出新，就需要以物理、化学等自然科学知识以及定量分析等系统实验技巧做研发基础，同时在工业技术上能不断推出高效、精确的非人工动力的生产加工设备，还要有一个能够实现有效监督和自由竞争的国家体制和市场。这些东西，任何一点都不是明清所具备的。实际上，清末洋务和新政的目的也在于这些方面，可对新知识新体制的需求，毕竟比不上保护权力的重要性，金字塔式的社会环境下，想要实现这些本就是几乎没可能的事情。
悲哀的是，当今一些国人往往缺乏正视的勇气，把中国古代火器落后的黑锅随意地怪罪到清朝身上，认为有了明朝就能当世界第一，全怪满人祸国。这不仅是自欺欺人，也是逃避和怯懦的举动。很显然在明代中期以后，相对于西方的落后就已经很明显了，要是没有外来的影响，明清火药技术的发展只会更为缓慢。无论明朝还是清朝，在火药技术上的发展都受到相当多的外来影响，明清两代的火药制作技艺都从对外交流中获益良多。清末的历史很直白的证明了放低身段交流学习才能进步，若冥顽不化，认为我天朝无所不有，盲目自大且心胸狭窄，不过如义和团一般为自己徒增血泪，百年后为后人所笑罢了。
在国内网络上，说到明清的火器常常是这样一种印象，那就是明朝重视火器，其火器远较清朝先进。而清朝由于“以骑射为本”，导致清代重骑射而轻火器，加上清朝又闭关锁国，在火器发展上远不如明朝，严重制约了我国火器的发展，事实上清朝真的是造成中国火器落后的“背锅侠”吗？那么我们首先从火器应用最基本的东西－火药开始讲起。
黑火药
火药技术相关简介
火枪、火炮的应用离不开火药这一发明。我国古代发明的是黑火药，它的配方主要有硝石、硫磺、木炭等含碳物质，再经过对三种原料人工均匀拌和炼制而成。火药是由硝石这一氧化剂供氧完成燃烧过程，形成内燃烧体系的。除了正确地制备这三种成分外，制作质量优良的火药还必须把握好三种成分的组配比率，根据使用目的的不同，组配比率也要发生相应的变化。
图为现代黑火药的配方
经过几百年的试验和实践，到了近现代人们发现黑火药的组配比率为硫磺占10%左右，木炭占15%左右，硝石占75%左右时是最合适的黑火药配比。
我国虽然在宋代就已经掌握了火药的主要成分，但在成分配比上还不够成熟，除了这三种成分外还掺杂着清油、麻茹等十种成分，这些成分主要是易燃物质，这反映了时人还未能充分认识到火药的爆炸性能。从宋代的火药组配比率来看，硝的含量也比较低，配方不够成熟。硝的增加会在火药燃烧时提供更多的氧气，使火药中的可燃物充分燃烧，产生的气体也会更多，从而大大增强火药爆炸的威力。按照这种比率制作的火药，只能利用其燃烧的性能，爆炸的威力较弱。可以说宋代的火药还处于初始阶段，还有待改进。
元代火药配制有关的记载目前还相当缺乏，只在西安发现了元代中晚期的火药实物，同时也是我国现存最早的火药实物。经专家研究，发现其火药成分构成更加合理，火药的组配比率更加科学，其中硝石约占60%、硫磺约占20%、木炭约占20%。硝石的含量远较《武经总要》记载的为多，火药的爆炸威力得到很大的增强，与宋代相比，质量和性能得到了明显提高。
明清火药配方
在明代的兵书中，比较完整的记载了明代火药配方的有《火龙神器阵法》、《武编》、《兵录》、《武备志》、《火龙经》、《西法神机》、《火龙掣要》等等，其余如《纪效新书》，《城守筹略》等等也对火药的品种有零星的记载。这些零零总总的火药配方加起来，除去宋代、西方的火药品种和配方，及不同兵书中重复的内容外，约有90余种。这些火药品种大致可以分为两类，一种是火绳枪、火炮、火门枪的发射药，另一种是爆炸火药、喷射火药、燃烧火药等等。
在这两大类火药品种中，明代黑火药配方的进步是同外来的影响密切相关的，传统上明代使用的燃烧和爆炸火药同发射药的要求是不一样的，用于发射的火药除了硝、硫黄、炭之外不能夹杂其他的成分，这样才能保证火药的含量高，燃速快，显著提高火炮、火绳枪的射程和威力。欧洲虽然接触火药的制造技艺比较晚，但发展很快，14世纪就已经后来居上占据了世界的领先地位，其成果随着欧洲探险者的东来也逐渐传入明王朝，对明朝的火药制作技艺的发展是有很大帮助的。
明代最早涉及欧洲发射药配方东传的记载来自于《筹海图编》，在其中的第13卷谈到鸟嘴铳时有这样的记载，“鸟铳之制自西番流入中国，其来远矣，然造者多未尽其妙，嘉靖二十七年都御史朱纨遣都指挥卢镗破双屿，获番酋善铳者，命义士马宪制器，李槐制药，因得其传而造作比西番尤精绝云”。可见明人当时不仅学习如何制造鸟铳，还对葡萄牙人的火药进行了仿制，得到了很大的收获，质量不亚于葡萄牙人。同时，在同时代的抗倭名将戚继光赫赫有名的兵书《纪效新书》中，记载了一个鸟铳发射药的配方，此配方极有可能是明人同葡萄牙人的火药配方融合后的产物。
明朝已经获得了与欧洲的枪炮使用的发射药相差无几的配方，两者的组配比率应当是相近的。那么清代的火药配方又如何呢？
清代前期的火药配制技艺，是继承明代的发展成果而来。事实上，满人对火药、火器的制造技艺很早就开始琢磨了。据明人赵士祯的《神器谱》记载，“臣自东援之后，因闻建虏奴尔哈赤于万历九年，穷三站抢去茶客龚五，凭以制造火器，以貂皮、人参易我硝黄、犁铁套。虏用年前宁夏叛卒并沙湃，抢去川兵制造火器。”可见，满人并不排斥火器，反倒是想方设法地搞到懂火器制造技艺的人才，用貂皮和人参交换以取得硫磺这一火药的重要原料。不过，虽然满人学习火器的积极性很高，但最初只能掌握一些初级火器的制造方法。
萨尔浒之战
除了自食其力外，后金军在辽东一连串的征战中，也缴获了大量的明军火器。在萨尔浒之役，明军惨败三路明军全军覆没，阵亡45870余人，明军散落在战场上的2万余件大小火器也为后金所得。萨尔浒惨败后，后金军在辽东势如破竹，连克辽东70余城，又有更多的明军火器落入后金手中，后金将这些缴获的火器大量装备自己的军队并在作战时使用。因此，明人徐光启叹道，“连次丧失中外大小之铳，悉为奴有，我之长技，与贼共之，而多寡之数且不若彼远矣。”
目前，对入关前清朝火药配方的记载还暂未发现，记载主要集中在入关后。如《武备志略》、《大清会典事例》、《大清会典》、《筹海初集》、《皇朝兵制考略》等等。具体数据如下表所示。
可以发现，虽然在明清的兵书等记载中硝、硫磺、木炭不是8:1:1的比例，但为何清代在实际制作时常常会变成8:1:1的比例呢？这是因为纸面的配方和实际生产准备原材料的配方是有一定差异的，一是工匠在制作习惯上倾向于增加硝石的含量，提高火药的威力，清代沿袭了明代的火药制作工艺，对硝石、硫磺、木炭的特性也是有相当的了解的，工匠们无疑明白硝的增加有助于火药的快速燃烧及分解，会提高火器的威力和射程。
二是在实际生产过程中，硝的提取煮炼工艺存在着相当程度的损耗问题，为了减少制作过程中的损耗，只能多添加硝以保证最后产品接近理想配比，江苏巡抚程橘采1842年给朝廷上的奏折就曾提到，“仿照前任福建水师提督陈阶平奏订通行之案，认真制造备用，不特提煮硝斤折耗较大，即磺炭二项亦须拣炼精良，因之物料人工均有增益（《鸦片战争档案史料》）。”
三则在火药的储藏过程中，在与空气长时间接触后受潮或者被水淋湿后，都须加硝重新舂磨才可使用。清《火药略说》中说，“如火药储放日久，收藏不密，经受风湿，硝气走拽，或为雨水淋浸，则不可复用于军营，必须再为舂磨，加足纯硝，仍如法配置，方可合用。”所以，在生产时略提高硝的含量，就能让士兵无需将时间较长的火药桶开封后还得重新加工，否则经过长久存储的火药硝被耗去，必然威力不足。
此时的欧洲虽然接触火药的制造技艺比较晚，但发展很快，其火药配方逐步发展成熟。如1635年，英国人公布了其使用的标准火药配方是，硝石75%、硫黄12.5%、炭12.5%。这个比例比起黑火药最佳的组配比率相差已经很小了。到了19世纪初，英国化学家歇夫列里在1825年经过多次计算后，得出了黑火药的最佳化学反应方程式，据此得出了硝、硫、炭的最佳组配比率74.84%、11.84%、11.32%为最佳的火药配方，按这个比率生产的火药放出的热量最大，上升的温度最高，杀伤力最强。英国根据这一化学反应方程式，配制了75%、：10%：15%的枪用发射火药和78%：8%：14%的炮用发射火药，这两个配方被确定为标准的火药配方。欧洲人依据化学理论的推导，计算出最合适的火药组配比率的方法是缺乏化学知识的明清无法做到的。
明清火药劣质工艺前赴后继
在火药的配制工艺上，明代的《西法神机》与《火攻掣要》记载的火药配制技艺同欧洲17世纪的火药配制技艺十分相近，从侧面反映了中欧之间的火药技术的交流情况。
图为西法神机中记载的火药制作技艺
制作火药时，首先将三种原料进行精选和提炼，然后在确保原料品质的基础上将其碾成粉末，具体操作方法是按照比例称好分量后分别放入石臼或木槽中进行反复搅拌，成为细末。其次是将其三种成分拌合，方法是在按比例混合放入木臼后，加入少许水或烧酒，将三种粉末拌合成湿泥的状态，并用木杵不断地进行搅拌，在此过程中要杜绝沙石等杂质的进入，以免在搅拌过程中发生磕碰导致火灾；在混合物快干的时候，加水再捣，使混合物充分的均匀拌合，而后取出在阳光下晒干。三是要对成品进行质量检查，通过选取一部分晒干的火药成品，放在纸上燃烧，如果迅速燃尽而纸张完好的，就是合格的制品；如果将样品放在手心燃烧，火药燃尽而手心不觉得热，那同样能证明是合格制品。反之，如果在纸上留下了黑星白点，或手心有烧灼感，则仍不合格，需要返工再碾，直到合格为止。最后，还要对火药颗粒进行筛选，先将制成的火药破碎成一个个的颗粒，用粗细不等的萝筛，筛选出适合大炮、鸟铳等所用的大小不等的火药颗粒，不成粒状的作为火门引药，剩下的细粉末全部剔除。这种按枪炮的大小口径和药室大小来选用火药颗粒的做法，不仅提高了发射时的威力，也保证了发射时的安全。
清代前期的火药配制技艺，在继承了明代技艺的基础上，对火药的三种原料硝、硫磺、炭的加工工艺进行了改进，对火药的质量有一定的改善与提高，总的来看，由于仍然停留在手工工场的阶段，清代的火药制作技艺和明代差别并不很大。清代在火药制作工艺上的显著进步主要是在第一次鸦片战争时期，进步主要体现在对火药的配制工艺进行改进方面。
比如在《火药略说》的记载中，除了在火药的组配比率上同英国人的配方一致外，还着力对火药进行精制，在将制成的火药饼槌碎后，首先用圆眼筛筛过后分出粗细粒，再将颗粒放入圆筒中反复滚动，把变圆滑的颗粒拿出装好备用。并且，有意思的是，在计算火药点火所需时间时，还对西方的计时方式一并实行了“拿来主义”，“必得两三秒许，才能齐着”，这从侧面也反映了清人对西方的学习。
不过，这些技术创新没有改变手工生产方式的基础，提高仍然比较有限，虽然质量上偶尔可以达到与英国火药相当的水平，但很大程度上是由于加强了劳动强度以及在制作过程中格外精工细作的结果。而欧洲人早在16世纪，火药的制造就从手工向机械化转变了。下面不妨对比一下中西在制备工具上的差异。
上图为中国传统碾药木槽，下图左为1450年前Feuerkbuch手稿中利用弹性杆的悬吊碾磨工具，下右为16世纪后的火药碾磨机
法国在16、17世纪是配制火药工艺比较先进的国家，他们已经尝试使用以水车为动力的机械配制火药。配制火药时，首先开动水车，以水车的动力传动捣磨机，将捣磨机下方的火药碾碎。
到了鸦片战争时期，英国的火药制造工业甚至还采用了蒸汽机、水压式机械、机械造粒缸、蒸汽加热器、石墨制成的磨光机等一批先进的机械生产火药。以先进的工业设备提取纯度高的硝和硫；以蒸汽机带动转鼓式装置，对火药混合物进行粉碎和拌合，用水压式机械将制成的火药放在碾磨上，压成坚固均匀的火药块；接着使用机械造粒缸将火药块制成大小均匀的火药粒；再将火药粒放置到烘干室内，用蒸汽加热器将室内温度提高到40-60度，使火药粒干燥；最后用石墨制成的磨光机将药粒表面磨光除去火药粒上的气孔，降低火药的吸湿性以延长火药的贮存期。欧洲人以蒸汽动力和机械操作代替了手工操作，已进入近代工厂的机械化生产阶段，两相比较，明清仍然使用传统的木臼、木槽，用木杵手工搅拌火药，用圆筒打磨火药粒相比之下要原始的多。
也就是说，虽然明清两代看起来掌握了制作精良火药的技艺和方法。但在实际制造的过程中，由于仍然停留在纯手工操作阶段，加之各地对火药生产的监管不力等原因，自然难以实现高质量批量化的火药生产，质量难免会有相当粗糙和低劣的情况。
带水平汽缸和圆顶锅炉的特里维西克高压蒸汽机的侧面图
明王朝在明末“事事俱坏极了”的情况下，火药制造的质量也同样江河日下，明末总督京营的赵世新就提到明军公发的火药“奸匠积习相同，粗糙不堪搪塞，各军领药到手多将原药变卖自买迅药” （《筹辽硕画·卷十八》），就是说官方工匠偷工减料，给明军京营制作的火药质量太过粗陋，明军拿到这些破烂后都将其卖掉，然后购买质量好的优质火药，这不得不说也是种悲哀。
在火药质量不佳的情况下，明人在明末面对的满清却是个披挂着坚固铠甲的强敌，于是火器应有的大杀伤力没有发挥出来，《徐光启集》就说：“虏多明光重铠，鸟铳之短小者未能洞贯”。因此不难理解，在辽东战场上，明军面对着穿着重甲的后金重步兵以及几寸厚木板蒙上牛皮制成的盾车，这些质量低劣的火药若用在战场上，恐怕真的难以对后金军造成很大杀伤。而明代这些弊端，制度承自明的清王朝同样也避免不了，在鸦片战争时期，质量不佳的火药同样也给清军拖了后腿。
和西方接触更多后，中国火药质量的恶劣在其对手中也相当知名，第一次鸦片战争中和清军打仗的英国军官Bingham在其著作《英军在华作战记》中提到，中英大角、沙角之战，中国“火药库里面存放着几千磅粗火药，装在木桶和泥罐中，我们全部投之于海，因为虽然中国火药的成分几乎和我们的相同，却是一种粗劣的东西”。
另一名英军军官伯纳德的《尼米西斯号轮船航行作战记》也说“中国火药效果不强，与英军相比，虽然制作原料和比例差不多相同，但是制作粗糙，加大了为完成某种任务的难度。”
英军的蒸汽轮船尼米西斯号
可见从火药配比上看虽同英国人相差无几，但由于火药质量不佳，甚至还混有泥沙，导致清军火炮的射程和威力受到很大的影响，炮弹“有时仅滚下炮口和翻一些筋头”。而火药这种重要军资，粗陋的中国产品在英国人看来连缴获价值都没有，干脆丢进大海了。火药制作不精的弊病清人自己也很清楚，《火器略说》中提到，“近日中国官药，所用硝、磺、炭，其数多寡与英国官药同，所不可知者，质欠精纯，匠役偷减，局疏查验，草率从事，遂致物料虽同而功效相去悬殊”。工匠制作时偷工减料的情况同明代相比简直一模一样。
目前，我国学界在研究明清的火药、火器时往往只关注纸面上的记载，对实际应用时的状况却着墨不多。而实际应用时，从纸面到实际应用的过程中往往会打折扣，平时吹的天花乱坠的各种神器，战时很有可能因为质量不佳根本达不到应有的效果。清朝由于和西方接触更多，面对的敌手水平更高，败绩更显著，尤其是败于并非中华民族一员的西方人，于是显得清朝名声似乎更加恶劣，但毕竟败在西方列强手里无论如何也不能认为比败于边境游猎民族的明朝更无能。可以说，明清两朝在这一缺陷上形如兄弟，或者说在缺乏监督制衡的皇权体制和国营制造模式下，这种事情本就是无可避免的必然。
自然科学的粗陋制约明清火药发展
我国古代的火药脱胎于炼丹术，同时又被视为一种药剂，因此中国古代的火药理论为了解释火药的燃爆现象，不仅包括了中医的配伍说，而且还吸收了炼丹术中的阴阳学说以便用于解释火药理论，并于明代发展成型，为我国火药理论完成了定型和诠释，并延续到了清代。
为了解释硝、硫磺、炭在火药中的主次地位，火药研制者于是依据中医的配伍说法，将中医里的“君臣佐使说”转用于火药上，在中医药方中，有君药，臣药、佐药、使药之分。明末的火药研制者为了解释火药燃爆的原理，将这一理论引入火药制作的范畴，将配制火药所需的原料硝、硫磺、炭分别称作君、臣、佐、使。最早采用这一“君臣佐使说”的，也许是元末伪书明代成书的《火龙经》，其后的《武编》、《武备志》、《兵录》等兵书中则有更为系统的阐述。比如在《武编》前集卷五《火·火药赋》中是如此描述火药理论的：“虽则硝、硫之悍烈，亦藉飞灰而匹配，验火性之无我，寄诸缘而合会，硝则为君而硫则臣，本相须以有为，硝性竖而硫性横，亦并行而不悖。为灰为之佐使，实附尾于同类。善能革物，尤长陷阵。性炎上而不下，故畏软而欺硬。臣轻君重，药品斯匀。《武备志》收录的《火药赋》中也提到，“硝为君而硫作臣，炭灰佐使最通灵”。
“君臣佐使说”是朴素而完整的火药理论，可以看出君指火药中的数量最多的原料、火药反应中最活性的物质以及发挥效果的最主要负担者。硫磺称为臣，君臣是火药发生作用所必须的，而佐使是可以变通，可以代替的成分。
除了 “君臣佐使说”外，还有一种理论来自于炼丹术中古老的“阴阳说”。持这一说法的是《天工开物》的作者宋应星，他在《天工开物·燔石·硫磺》篇中说到，“凡火药，硫为纯阳，硝为纯阴，两情逼合，成声成变，此乾坤幻出神物也。”又在《天工开物·佳兵·火药料》中说，“凡火药，以硝石、硫磺为主，草木灰为辅。硝性至阴，硫性至阳，阴阳两神物相遇于无隙无容之中。其出也，人物膺之，魂散惊而魄齑粉。”可见宋应星已经观察到火药爆炸时产生的大量的热和约相当于原来体积一两千倍气体的威力，其描述比较贴近火药发生化学反应时的机理和情况。
大致上可以说这两个学说贯穿了我国明清两代的火药理论发展。显然，这两种理论都谈不上对火药爆燃反应的本质的剖析，仅仅是对物质组合现象的大略描述，而就算是描述现象，也没有精细的量化认知，如果不是西方火药配方的传入，很难认为中国会在同样时间内发觉更好的火药配方。
而西欧地区，从16世纪开始，脱胎于炼金术的化学学科的雏形已经出现，并逐渐掌握了系统实验的方法，内容包含有各种化学配方的小册子已经达到了数不胜数的程度，并形成了良性的发展，通过实验量化分析得出更好的加工手段和配方比例，而相较之下我国那朴素的火药理论自然相形见绌，日趋落伍了。
图为英法联军攻克大沽口炮台，炮台内的清军尸横遍野
虽然到了19世纪40年代，清朝的黑火药制作技艺达到了巅峰，但属于黑火药时代的舞台却已临近落幕了。到了第二次鸦片战争，面对着拥有阿姆斯特朗大炮的英法联军，仍然使用着传统红衣炮的清军根本无法同联军相匹敌。在大沽口之战和八里桥之战中，清军在联军火炮的轰击下蒙受了惨重的伤亡。第二次鸦片战争结束后，黑火药的时代逐步落下了帷幕，深感清军兵器远远落后于西方列强的清朝有识之士们开始了洋务运动，掀起了学习西式兵器和无烟火药的高潮。至此，中国的黑火药时代结束了，此后的发展已经超出了传统中国火药技术发展的范畴，已经无须再加以比较了。
结语
爱因斯坦说科学的基础有二：一是古希腊哲学家发明的形式逻辑，二是文艺复兴时期发明的系统实验的方法。同样在16、17世纪，欧洲人对数学、物理、化学等自然科学知识的了解越来越多，并逐步形成了各自的专业学科。在数学领域，莱布尼茨和傅里叶这群人发明的微积分、级数和傅里叶变换是研究物理、化学、天文学等学科的工具，至今仍令很多大学生头疼不已，挂科无数。在物理学领域，牛顿三大定律想必大家读初中物理时都接触过，发现光学折射理论的德国人开普勒，开创磁学的英国人吉尔伯特。而这些名人之外，还有许许多多中国人并不熟悉的学者如认定了酸碱反应产生盐的Tachenius、玻璃实验大师Kunckel等等。那个时候的欧洲，正如斯普拉特所说：“实验风气如此迅捷地传播开来……所有的实验室人员都忙忙碌碌的投身于实验。”这许许多多的发明和科学家以及整个鼓励研究和发明的社会氛围，为欧洲军事科技的进步，乃至整个文明的飞跃性进步打下了坚实的基础，罗马不是一天能够建成的，苛求根本没有达到欧洲文明基础，建国时就已经落后西方许多的清朝在军事技术上能同欧洲一较高下，这本来就不现实的。
1708年的哈里斯《技术词典》是那时欧洲百年来技术工具书的集大成者
鲁迅先生说的好，必须敢于正视，这才可望敢想、敢说、敢做、敢当。显而易见，清代的火药技术同明代一脉相承，是中国古代传统火药制作技艺的集大成者，其中又有外来西方技术的极大影响。那么，火药技术落后的黑锅能让清朝来背吗？清代的做法不过是对以往的火药理论、配方、生产方式的沿袭而已，想要推陈出新，就需要以物理、化学等自然科学知识以及定量分析等系统实验技巧做研发基础，同时在工业技术上能不断推出高效、精确的非人工动力的生产加工设备，还要有一个能够实现有效监督和自由竞争的国家体制和市场。这些东西，任何一点都不是明清所具备的。实际上，清末洋务和新政的目的也在于这些方面，可对新知识新体制的需求，毕竟比不上保护权力的重要性，金字塔式的社会环境下，想要实现这些本就是几乎没可能的事情。
悲哀的是，当今一些国人往往缺乏正视的勇气，把中国古代火器落后的黑锅随意地怪罪到清朝身上，认为有了明朝就能当世界第一，全怪满人祸国。这不仅是自欺欺人，也是逃避和怯懦的举动。很显然在明代中期以后，相对于西方的落后就已经很明显了，要是没有外来的影响，明清火药技术的发展只会更为缓慢。无论明朝还是清朝，在火药技术上的发展都受到相当多的外来影响，明清两代的火药制作技艺都从对外交流中获益良多。清末的历史很直白的证明了放低身段交流学习才能进步，若冥顽不化，认为我天朝无所不有，盲目自大且心胸狭窄，不过如义和团一般为自己徒增血泪，百年后为后人所笑罢了。