Бронза стародавня і сучасна

Л.Н.Ларіков, доктор техн.наук, професор, заслужений діяч науки України
Інститут металофізики НАН України, Київ

Розглянуто історію металургії міді та її сплавів, як фактор розвитку
цивілізації. Показано, що класична бронза з'явилась порівняно пізно на основі
досвіду виготовлення інших сплавів міді Обговорюються також причини
тривалого зберігання бронзи як матеріалу для виробів різного призначення.

Стародавню історію і передісторію людства поділяють головним чином на чотири епохи - камінну, мідно-камінну (енеоліт), бронзову і залізну.

Такий розподіл досить умовний, оскільки люди кам'яного віку використовували також дерево, кістки, глину. Серед виробів енеоліту знаходять кераміку і прикраси із золота, срібла, свинцю і олова. Ремісники бронзової пори використовували також матеріали попередніх епох і були знайомі з залізом
(хоча б з метеоритним). Отже назви цих епох відзначають лише провідний, для кожної цивілізації, матеріал.

Як давно людство знайоме з металами?

У газеті " New-York Times" за жовтень 1964 p. з'явилось сенсаційне повідомлення про знахідку металевого предмета (підвіска овальної форми) у захороненні Шанідар (Півн.Ірак), вік якого, за даними радіовуглецевого метода, дорівнював 10500 років. Проте на XII Міжнародному Конгресі доісторичних і історичних наук у Празі американський археолог Р.Д.Брейтвуд визнав, що при більш уважному дослідженні виявили, що підвіска була зроблена з малахіту [1].

Ще 9000 років тому неолітичне поселення Ієріхон було обнесено стіною з бутового каменя завтовшки 1, 7 м і висотою, що зберіглась, до 4 м. Проте тут були знайдені лише камінні знаряддя та вироби з кості. Відсутній також керамічний посуд, проте знайдено фігурки з глини і чудові маски [2].

Перші достовірні відомості про використання металу одержані під час розкопок на узвишші Чайону-Тенесі у 5 км від м.Ергані (Анатолія) у шарах 4-5, віком 8790±250 років, 8750±250 років і 9200±60 років. Було знайдено
мідні намистини, чотиригранне шило і дротяні заколки [1 ]. Там же в Анатолії в Чатал-Хуюк розкопали квартали будинків із своїми святилищами. 8000 років тому основні знаряддя виробництва виготовляли з кості і обсидіану, маючи вже прикраси з міді і свинцю та керамічний посуд у невеликій кількості [2].

Мідні прикраси у Передній Азії виготовляли спочатку із самородної міді.
Дослідженнями показано, що шматки самородної міді з Ірану і Америки завтовшки 5 мм шляхом холодного кування доводили до товщини 0, 2 мм. Інші зразки товщиною 5 см холодним куванням доводили до пластин 5 мм. З них накручуванням на стрижень виготовляли циліндричні елементи намиста [1 ].
Під час тривалого холодного кування мідь ставала твердішою (від 87 до 135кг/мм2), але окрихчувалась [3]. Подальше кування її можливе лише при нагріванні до температури черво­ного каління (> 500 °С). Цей процес відпалу на думку автора [4 ] був значним винаходом древніх майстрів. Це дозволяло в кілька етапів виготовляти ве­ликі вироби складної форми з міді.

Подальший розвиток техно­логії йшов шляхом виплавки міді з руди, а у інших народів (які мали достатньо самородної міді) зупинився на стадії оброб­ки міді куванням. Так, ремісники енеолітичної культури Великих озер Північної Америки почали кувати із великих само­родків міді ножі, остроги і сільськогосподарське знаряддя ще 5000 років тому і продовжували робити це ще 2000 літ [5]. По іншому склалась доля народів Стародавнього Єгипту, де само­родки міді - велика рідкість.

Енеоліт у Єгипті характеризують вироби з міді, виплавленої з руди [6]. Мідні руди (головним чином малахіт) видобували з поверхневих родовищ у Сінаї [7], а відновлення вуглекислої руди до металу здійснювали, на думку автора, у закритій камері гончарної печі [4]. У капітальній праці А.Лукаса [7] проте говориться, що вироби з плавленої міді з'явились у Єгипті задовго до знайомства з гончарними печами. Він вважає, що плавка міді була винайдена під час глазурування виробів з стеатиту або подрібненого кварцу за допомогою малахіту у закритих сосудах.

Додинастична епоха, яка охоплює все IV тисячоліття до н.е., поділяється на два періоди [6]. Перший - амаратський - характеризує панування знарядь з каміння і кості при наявності дрібних мідних виробів (прикраси, заколки, кришечки тощо). У середині першого періоду з'являються мідні наконечники гарпунів довжиною до 16 см. На кінець першого періоду з'являються мідні ножі, наконечники стріл та списів.

У другому - герзейському періоді виробляють вже великі сокири, тесла і кинджали. Новим етапом технології було виготовлення цих виробів методом лиття у відкриті форми з наступним куванням ріжучих кромок з метою зміцнення [6 ]. Одночасно спостерігається занепад виробництва кремнієвих знарядь.

Виключне значення знарядь з міді в історії Єгипту було у підвищенні продуктивності праці [8 ] при використанні виробів з міді (сокири у 3 рази, пилки - в 15-20 разів). Разом з можливостями використання могутньої ріки з родючим мулом це зумовило організацію іригаційного землеробства і створення держави 5000 років тому [6]. У Північній Америці енеоліт не міг привести до такого результату, але в Південній і центральній Америці високопродуктивне землеробство і держави виникли також. Не призвів до державності енеоліт і у Північному Причерномор'ї. Більше 4000 років тому Трипільська культура, що охоплювала ареал від правого берега Дніпра до Карпат, хоча і користувалась виробами з привозної міді, зберегла господарську систему
мисливців і риболовів [9 ]. Понад 5000 років тому виникли міста-держави у Нижньому Двуріччі (Месопотамія) на основі іригаційного землеробства [2]. Шумери, проте, не мали ні самородної міді, ні мідної руди. Метал і навіть
каміння завозили. Тому енеоліт у цьому регіоні має свої особливості.
Перш ніж їх розглянути слід звернутись до складу мідних знарядь.
Самородна мідь містить дуже мало домішок порівняно з міддю, виплавленою з руди. Перші поодинокі
аналізи стародавніх виробів з міді, зроблені у 19 ст. Провідними хіміками, дозволяють відокремити мідний вік від бронзового. У 20-х роках нашого сторіччя виникли спеціалізовані лабораторії у Каїрському музеї і в Англії. Пізніше такі лабораторії були створені у Німеччині (Галле 1933 р. і Штутгарт 1951 р.), Австрії (Відень
1935р.), Росії (Москва 1960 р.), Грузії (Тбілісі 1950 р.), Азербайджані (Баку 1952 р.) та інш.
[1, 4, 7, 10-13]. Деякі результати досліджень цих лабораторій опубліковано. Так показано, що вироби з Трипілля походять із західних джерел, вирогідно з Баната (культура Вінчі)[9]. А вироби з Лівобережжя Дніпра пов'язані з кавказькими джерелами [13].

Але повернемось до шумерів. Англійський археолог Л.Вуллі, який протягом 1922 - 1934 p.p. очолював розкопки стародавнього міста Ур, виявив, що вироби з міді містять значну кількість нікелю та арсену [14]. Пошуки походження сировини привели до Оману, де й зараз є міднонікелеві руди. Такі ж руди знаходяться і в Індії (Сінгбхум), де знайдено велику кількість металургійних шлаків [1 ]. Шумери, проте, вели торгівлю із Кавказом, де ще 6000 років тому з'явились мідні вироби з арсеном [1 ].

Ймовірно, що арсен спочатку попадав у мідь внаслідок ритуального додавання до мідної руди золотистого ауріпігменту або червоного реальгару, які містять арсен [1 ]. Нагадаємо, що древніх ковалів вважали шаманами. Про це свідчить наявність у Пантеоні греків - Гефеста, римлян - Вулкана, слав'ян - Сварога, абхазів - Шашва тощо. При легуванні міді арсеном змінюється колір виробу від червоного до золотистого. З часом звернули увагу також на поліпшення ливарних і механічних властивостей виробів. Так, твердість сплаву

міді з арсеном зростає від 76 до 245 кг/мм після холодного кування [ 1 ]. Не виключено, що шумери одержували свій метал шляхом одночасного плавлення сировини, що містить нікель і арсен. Дивно інше - що окремі вироби з міді, у яких присутні нікель і арсен, знайдено на Кавказі [1], у Єгипті [7] і навіть у Європі [1, 13]. Чи не є ці вироби результатом переплаву уламків більш древніх шумерських виробів? Ми цього не знаємо, можливі і інші джерела.

Класична бронза - сплав міді з оловом - з'явилась не одразу. Попервах олово використовували як додатковий легуючий елемент. Так, склад одного з виробів, знайдених у ранніх похованнях Ура, датованих 3000 р. до н.е. [14]: 84, 18% Си; 12, 0% Бп; 1, 62% РЬ; 2, 20% №. Хімічний склад фрагмента з стародавньої Трої (3300 р. до н.е.): 87, 7% Си; 2, 7% Бп; 0, 2% Ав; 8, 9% 0, 5% Ре [1 ]. Поступово склад сплавів міді спрощується. Спочатку вилучається нікель, потім арсен. Заміна останнього на олово виявилась вдалою як з точки зору властивостей сплавів, так і тривалості життя ковалів у зв'зку з отруйними властивостями арсену [1 ].

Сперечаються, де бронза з'явилась вперше? Однозначну відповідь дати важко. Найперші ранні знахідки бронзових виробів у Єгипті мають вік приблизно 4700 років [1, 7]. Бронзові вироби з Трої датують інтервалом 4500 - 4220 років. У Європі бронза з'являється близько 3700 років тому разом з племенами шнурової кераміки і бойових сокир [15]. До цих племен відносять і середньодніпровську культуру, яка замінила трипільську. Серед знахідок серед- ньодніпровської культури мідні знаряддя з арсеном, а також кілька прикрас і ніж з бронзи (Си - 10% Бп) [13, 15].

Звідки древні брали олово? Родовищ олова, зокрема каситерита (містить до 71, 4% Бп), дуже мало. Між тим бронзу виплавляли і в тих країнах, де таких родовищ немає зовсім. Подібно золоту каситерит зустрічається у річкових пісках і покладах, нерідко спільно із золотом. Подібно золоту каситерит відмивали у дерев'яних коритах. У Рудних Горах Саксонії цим займались ще у середні віки, а Британські острови у древності називали Каситеридами. Сучасними дослідженнями показано, що спільне розплавлення мідної руди і подрібненого каситериту призводить до одержання бронзи [1 ]. Ідентифікувати місце видобування каситериту за домішками не вдається. Тому лишається задовольнитись фактом існування привозної сировини.

Значну роль бронза відігравала у розвитку цивілізації Єгипту. Бронзовий вік у Єгипті фактично наступає після XI династії (Середнє царство). Він корелює з відновленням єдності країни і новим будівництвом іригаційних систем. Проте труднощі з імпортом олов'янистої сировини і паливними ресурсами обмежували виробництво бронзи у Єгипті. Так, у гробниці Тутанха- мона (XVIII династія, Нове царство) лише половина знайдених речей виготов­лена з бронзи [7].

Розвиток виробництва бронзи співпадає з виникненням міст-держав (наприк­лад Мікени) в Ахейській Греції [16], в Італії (конфедерація 12 міст у X ст. до н.е.) тощо. У Північному Причорномор'ї епоха бронзи відзначена також появою держав (Боспорська) [18].

Метали у стародавні часи були дуже дорогими і використовувались для виготовлення грошей, або слугували еквівалентом обміну. У 1958/59 р.р. біля берегів Туреччини знайдено корабель епохи бронзи (3400 років тому) [ 1 ]. На ньому серед чисельних виробів з міді були знайдені зливки у вигляді шкури бика (довжиною 61 см і вагою близько 60 фунтів). Ці стародавні гроші були зроблені на Кіпрі і направлялись у Трою або Мікени. Під час розкопок у Мікенах були знайдені подібні мідні зливки у вигляді шкури бика [16].

У Римі монети почали виготовляти після Юлія Цезаря від імені імператорів. Сенат зберіг право на емісію лише бронзових розмінних монет [17]. У Північному Причорномор'ї у V ст. до н.е. Ольвія випускала великі литі бронзові монети - асси, а також литі грошові знаки у формі дельфінів [18]. У Пантікапеї карбували золоті і мідні монети Боспорських царів. У перших сторіччях нашої ери монетна справа держав Північного Причорномор'я орієнтується на римську монетну систему. Так на монетах, карбованих у Пантікапеї на початку н.е., з одного боку було зображено римського імператора, а з другого боспорського царя - " друг цезарів і друг римлян".

Мідні гроші відігравали інколи і досить сумнівну роль. Так англійський король Генріх VIII (1491 - 1547 p.p.) наказав карбувати монети з міді, покритої тонким шаром срібла. Це викрилось лише через кілька років внаслідок зношування монет. Московський цар Олексій Михайлович зробив простіше - дав розпорядження дрібні монети карбувати з міді замість срібла по тому ж номіналу. Різке зростання грошової маси призвело до інфляції. Наслідком цього був знаменитий " Мідний бунт" у 1662 р. і вилучення мідних грошей з вжитку. Після впровадження паперових грошових знаків відбувається остаточний відрив номіналу металевих грошей від вартості самого металу. Проте бронзові монети були у вжитку ще до кінця минулого сторіччя.

Поступово їх витіснили монети з міднонікелевих і мідноцинкових сплавів. Латунь поступово замінює бронзу у побуті, приладобудуванні, а також при виготовленні духових музичних інструментів.

Бронзове фігурне лиття з'явилось у багатьох народів на почаПсу бронзового віку. Статуі і монументи почали виготовляти пізніше. За народними переказа­ми греків першими стали відливати статуі з бронзи у VII ст. до н.е. самосці Райк і його син Феодор. їх вироби, проте, були досить примітивними. Спочатку виготовляли окремі частини фігури, з них потім складали статую цілком [19]. Відома фігура дискобола-юнака - це мраморна копія бронзової скульптури Мірона - збереглась до наших днів. Особливо бурхливого розвитку бронзова скульптура набула у IV ст. до н.е. У Південній Греції були створені високоякісні сплави і значно покращилась техніка лиття. Прикладом скульпту­ри того часу може бути зображення юнака-атлета після боротьби (скульптор Лісип). Найдревнішим монументальним бронзовим зображенням вважають Апо- лона в Аміклах (Пелопонес) висотою 13 метрів [19]. Славнозвісний Колос, споруджений на о.Родос висотою 35 м, що зображував бога сонця Геліоса, справедливо вважався одним з семи чудес світу [19]. Харес, учень Лісипа, працював над цією статуєю 12 років. Вона простояла 56 років (220 р. до н.е.) і була зруйнована землетрусом. Уламки Колоса пролежали у землі більше 1000 років. У 977 році араби, що захопили Родос, продали ці уламки сірійському купцю, який навантажив ними 900 верблюдів. При будівництві Колоса основою каркасу слугували три стовпи з камінних плит, у проміжки між ними у всі боки розходились залізні шпиці скріплені зовні залізними ободами. До них прикріплювали фігурно відкуті бронзові листи завтовшки близько 1, 5 мм. У книзі Філона Візантійського " Про сім чудес" (III ст. н.е.) говориться, що на виготовлення Колоса було витрачено 500 талантів бронзи і 300 талантів заліза (приблизно 13 т бронзи і 7, 8 т заліза). Відзначимо, що для виготовлення статуї Свободи біля Нью-Йоркської гавані витрачено 225 т листової міді. Приблизно стільки ж міді використали на спорудження водогінної системи хмарочоса " Empire State Building" у Нью-Йорку.

Бронзові монументи споруджують і донині. Основна причина цього зводить­ся до високої корозійної стійкості бронзи. Вона зумовлена утворенням на поверхні бронзового виробу захисної і досить декоративної плівки - " патини" (вуглекислі і інші сполуки металів, що входять до складу бронзи).

Досьогодні бронзу використовують також для виготовлення дзвонів, як оптимальний матеріал, що поєднує необхідну твердість, модуль пружності і малу величину згасання акустичних коливань [20 ]. З прадавніх часів відомі бубонці і дзвіночки. Ними було прикрашено одяг перських царів, гробницю етруського царя Парсена, катофалк Олександра Македонського, триумфальні колесниці римлян, тощо. Часто їх використовували як сигнальні пристрої. У древньому Римі дзвоном дзвіночків позначали час поливання вулиць, відкриття ринків і громадських лазень. Дзвони, як приналежність культів, з'явились на початку нашої ери. Так невеликий дзвін, за наказом імператора Августа, був підвішений перед храмом Кібели. Через кілька століть дзвони з'явились і у християнських храмах. Дзвони використовували і Східні культи. Нещодавно у В'єтнамі було розкопано дзвін вагою 36 кг і висотою 60 см, відлитий із високоякісної бронзи у 793 році. До тої ж пори відносять і дзвін вагою 48 т з красивим звучанням, що зберігається у Кореї.

У Європі мистецтво ливарників бронзових дзвонів набуло розквіту у 14 сторіччі. Потім їх зусилля спрямовуються в бік військової техніки. Про це свідчить, між іншим, указ 1525 р. англійського короля Генріха VIII про заборону (під страхом смерті) експорту ливарної бронзи [20 ]. Про те лиття
дзвонів триває. У 1735 р. у Москві відливають " Цар-колокол" (вага 202 т,
висота 6, 14 м), а у 1874 р. в Кельні " Кайзер-дзвін" (вага 27 т, висота 3, 25м).
Характерно, що обидва дзвони-гіганти з різних причин виявились німими.
Бронзові дзвони більш скромних розмірів відливають і зараз.

Продуктивність бронзових знарядь праці у кілька разів перевищувала продуктивність виробів з міді. Ще більші переваги має зброя з бронзи прівняно з мідною і камінною. Висока вартість зброї з бронзи призвела до появи
воїнів-професіоналів в античних державах, наприклад у Боспорській [18].
Зростання уражаючої сили зброї призвело до розвитку захисних засобів - замість панцирів з льону (Древній Єгипет) з'явилися бронзові лати, бронзові накладки на щитах, тощо. Пізніше у бронзи з'являється суперник -залізо.
Вважається, що переходу людства до залізного віку, сприяли перш за все економічні причини, ніж притаманні залізу властивості [5]. Але ж чисте залізо значно м'якше і у багатьох відношеннях гірше від бронзи, зміцненої холодним куванням. Проте залізні руди зустрічаються частіше. Хоча виготовлення залізних виробів потребує освоєння нової технологічної операції (гарячого кування), все ж з часом зброя з заліза стала доступнішою від бронзової зброї.
Цей перехід у різних країнах відбувався у різний час. Один з ранніх центрів - Західне узбережжя Передньої Азії і прилеглі грецькі острови. Успіх дорійського нашестя на Ахейську Грецію (12 ст. До н.е.) був у значній мірі зумовлений тим, що нечисельні ахейські воїни-професіонали були озброєні чудовою бронзовою зброєю.
Але вони не могли протистояти натиску маси дорійців, озброєних хоча й не бронзовими мечами, але доступними залізними.

У Єгипті перехід до залізного віку затримався, можливо у зв'язку з відсутністю
молотків з ручками, необхідних для гарячого кування. Але після розгрому єгипетської армії ассірійцями (7 ст.до

н.е.), що володіли залізною зброєю, виробництво заліза і залізних виробів налагоджується і у Єгипті. Проте ще довго в еліністичних державах бронзова зброя існувала поряд із залізною. У причорноморських скіфів також короткі залізні мечі (акінаки) використовувались одночасно з бронзовими' наконечника­ми стріл [22].

Картина значно змінюється з винайденням сталі [23]. Застосування нового матерілу, що переважає бронзу, досягає апогею у важкому спорядженні середньовічних лицарів. Винайдення пороху у 14 ст. не тільки не поставило під сумнів доцільність лицарських обладунків, але й повернуло бронзі значення військового матеріалу. Майстри виготовлення дзвонів тепер почали відливати гармати. Невеликі загони іспанських конвістадорів Кортеса і Пісаро, що підкорили у 16 ст. бронзові імперії ацтеків і інків, були оснащені не тільки сталевою зброєю, але й бронзовими гарматами. Лиття і термічна обробка сталевих гармат була здійснена у другій половині минулого сторіччя. З того часу роль міді і мідних сплавів у озброєнні зводиться до виготовлення деталей (гільзи, пояси ущільнення, тощо).

Із розвитком машинобудування у минулому сторіччі бронза набула, проте, нової професії - як матеріал для підшипників, водяної і парової арматури, поршневих кілець та інш. З часом з'явились і спеціальні бронзи без олова - алюмінієва, берілієва, хромиста, кадмієва. Вони використовуються у приладобу­дуванні, техніці зв'язку, електротехніці тощо. Деякі спеціальні бронзи виявля­ють ефект " пам'яті форми" (Cu - AI - Ni; Си - Zn - AI) і використовуються для виготовлення активних компонентів різниз пристроїв [24]. Сплави Cu - Ni - Zn (аргентан, нейзільбер, мельхіор) слугують замінниками срібла при виго­товленні столових виробів і дешевих прикрас. Не забуті і деякі стародавні сплави. Так у ливарному виробництві використовують технічну мідь марки М4 з - 0, 2% As. Як вияснилось останнім часом, невеликі домішки арсену істотно впливають на стабільність міді при деформації за рахунок сильної взаємодії з дислокаціями [25]. Були спроби реанімувати також сплави системи Cu - As - Ni [20], відомі ще шумерам.

Таким чином сплави міді, що пройшли тривалу еволюцію і відіграли значну роль у розвитку цивілізації, і насьогодні не втратили свого значення у промисловості, мистецтві і побуті.