栗色火药

定义

栗色火药是一种以硝酸钾、木炭和少量或不含硫黄配制而成的发射药，化学上仍属黑火药体系，但配方和造粒方式经过调整，燃速明显低于普通黑火药^[2]。它的名称来自所用木炭的颜色：普通黑火药使用完全炭化的木炭，成品呈黑色；而栗色火药使用炭化不完全、保留木质纤维的褐色木炭，药体因而呈淡栗色或深褐色，故又被称为褐色火药、栗药或可可药^[1][2]。在分类上，它属于有烟发射药，是黑火药与无烟火药之间的过渡品种^[2]。

原理

栗色火药降低燃速的手段主要有两条：调整配料比例和改进药粒形状。典型黑火药炮药的比例约为硝酸钾 75%、木炭 15%、硫黄 10%，而栗色火药把硫黄含量降到约 1% 甚至完全不用，同时改用反应活性较高但炭化不完全的木炭，使点火后的燃烧过程更为平缓^[2]。硫黄减少后，燃气中分子量较大的二氧化硫被二氧化碳和一氧化碳取代，单位质量的比冲也有所提高^[2]。

在造粒方面，栗色火药多被液压压制成单孔六棱柱或八棱柱，即所谓饼药、棱柱药。这种药粒在燃烧时外表面逐渐缩小，而中心孔道不断扩大，燃气生成速率可以保持相对平稳，形成中性或渐增式燃烧，而非普通黑火药那种一开始就猛烈、随后迅速衰减的渐减式燃烧^[2]。19 世纪 80 年代的分析显示，德国罗特魏尔厂的栗色药含硝酸钾约 78%、稍经炭化的黑麦秸秆约 19%、硫黄约 3%^[3]。

以黑火药主反应 $2KNO_3 + 3C + S \rightarrow K_2S + 3CO_2 + N_2$ 为参照，栗色火药因硫黄极少，产物中硫化钾比例下降，固体残渣和烟雾相应改变，但仍有大量固体生成物，因此并非无烟^[4]。燃气压力上升较慢，正是它能够装填于加长身管大型火炮而不致炸膛的原因^[2]。

发展历程

栗色火药的直接前身是 1870 年代流行的大粒黑火药。1850 年代美国军官托马斯·罗德曼为大口径火炮试制大颗粒药，1875 年杜邦公司的拉蒙特·杜邦发明用于重炮的六棱形药饼，1880 年前后各国舰炮陆续采用尺寸较大的六棱药粒^[2]。在此基础上，1882 年德国罗特魏尔公司推出棱柱形褐色火药（Prismatic Brown Powder，简称 PBC），其发明人为马克斯·冯·杜滕霍费尔（Max von Duttenhofer），配方中硫黄仅约 2%，木炭取自未完全炭化的黑麦秸秆，并被压制成带中心孔的棱柱^[2][3]。英国皇家海军于 1884 年采用这一品种，法国海军则另行研制了粒度为 3.1 毫米左右的慢燃可可药^[2]。

中国方面的材料记载，栗色火药由德国杜屯好甫厂（即罗特魏尔厂）创制，其法源自慢烧黑火药，因木炭不全枯而色泽较淡，故译称栗色药^[5]。清末兵工史著作则把 1882 年德国创制的栗色六棱火药视为六棱药的进一步发展^[6]。

清政府在洋务运动中引进该技术。光绪十三年（1887 年），天津机器局开始兴建规模较大的栗色火药厂，由德国教习传授制法，至 1888 年北洋海陆军的主要发射药已改用栗药，但当时仍需大量进口^[6][7]。1891 年前后天津局产量已可满足北洋自用；江南制造局于 1889 年向德国都田厂订购栗色药饼 200 吨，并在龙华添设栗色药厂，其建成后产量不高，十余年间仅生产约 500 余吨^[7][8]。据记载，江南制造局在 1893 年已能同时仿造栗色火药与无烟火药^[9]。

1886 年法国海军装备以硝化棉为基料的 B 火药，这是第一种实用的无烟火药，随后诺贝尔的巴里斯泰特火药和英国的柯达火药相继问世，栗色火药作为发射药迅速被淘汰^[2]。进入 20 世纪后，栗色火药基本退出军用制式序列，部分工厂因库存较多而一度暂缓生产^[9]。

应用

栗色火药主要用作大口径后装线膛炮的发射药。德国海军部和克虏伯炮厂的对比试验认为，加长的重炮身管在装填增量黑火药时会超出炮身承受的胀力，而栗药的胀力较小，可以保护炮身；同时它先缓后速，弹丸出膛较为平稳、命中较准，出烟轻淡易散，便于观测弹着，且不易因受热而轰裂，储运较为安全^[5]。因此德国对新型长炮及旧式 22 倍口径以上的火炮均改用栗药，日本及法国、奥匈、意大利、荷兰等国也有仿造^[5]。

由于燃速慢、抗过载能力强，该药尤其适合当时的海军舰炮和海岸要塞炮。1880 年代舰炮普遍使用大颗粒六棱药或带中心孔的棱柱药饼，栗色火药在此基础上进一步延长了燃烧时间，使长身管重炮能在不超压的前提下获得较高初速^[2]。在中国，北洋海军的舰炮即以黑火药和栗色药作为发射装药，部分要塞炮台新式后膛大炮也被认为须用此类火药方能远射^[10][6]。

在工艺上，栗色火药的生产沿用了黑火药的碾药、压药、造粒、烘干、光药等工序，主要差别在于焙炭环节：以柳条等为原料，先蒸煮去皮，再入焙炭炉熔制约 12 至 14 小时，使其不完全炭化，成品保留可见的栗色木质纤维^[6]。这一焙炭方法是当时各厂刻意保密的核心技术，德国厂家在技术转让合同中专门将其列为“秘制”内容^[11]。

局限

栗色火药的燃速虽然降低，但本质上仍是黑火药，燃烧后产生大量固体残渣和烟雾。19 世纪末的实测表明，其烟雾体积与黑火药差别不大，只是消散更快；法国海军的慢燃可可药中甚至只有约 40% 参与燃烧，其余以浓黑烟形式喷出炮口^[2]。残渣留在膛内会影响连续装填，并腐蚀炮膛，限制射速和火炮寿命^[12]。

它的吸湿性也是突出问题。在通常干燥或略潮湿的空气中，栗色火药吸湿并不明显，但空气湿度接近饱和时它会迅速吸水，这大大限制了使用与储存条件^[13]。有文献指出，这类慢燃火药燃速过慢，不适合小口径枪械，而其对膛内的污染又使它在更重型的火炮上应用受限^[14]。

与无烟火药相比，栗色火药的单位质量能量较低，发射时仍会暴露目标阵地。无烟火药出现后，同口径火炮可以配用更小的药室获得更高初速，栗色火药在弹道性能与隐蔽性两方面同时失去优势，因此未能在 1890 年代之后继续作为主用发射药^[2][15]。

参见

• 黑火药 —— 栗色火药所属的火药体系，也是它的直接前身。

• 无烟火药 —— 19 世纪末取代栗色火药的新型发射药。

• 六棱药 —— 栗色火药常采用的带孔棱柱形药粒。

• 天津机器局 —— 清末率先建立栗色火药厂的兵工厂。

• 江南制造局 —— 清末另一处设立栗色药厂的近代军工企业。

• 克虏伯 —— 曾对栗色火药与黑火药进行对比试验的德国炮厂。