到了工业区，朱厚炜强调完保密条例之后，就把科学院设计的玻璃窑子图纸展示给蔡怀水看。除了主炉、储热室，还设计了一个退火通道。

所谓退火就是控制温度变化让高温材料按适宜度逐步降温，消除材料内部的残余应力。如果不消除残余应力，玻璃是会自己裂开的。

朱厚炜和蔡怀水说明：这个窑子的目的是把坩埚中的玻璃原材料加热到比烧瓷还要高几分的温度，让材料完全融融变成玻璃液体，加入硝石去色，然后进入退火通道退火，最后用食盐澄清去泡，灌入模压器中模压成型。按这个思路，朱厚炜让蔡怀水设计玻璃窑子。

蔡怀水果然是个老瓷工，朱厚炜说的各种后世技术他一点就通，拍胸脯说能把这窑子做出来。

冯伦给了蔡怀水一千两银子支用，让他采购各种材料。冯伦还在工业区东南划了一块土地给蔡怀水做厂房，又雇了五个杂役给蔡怀水做帮工和学徒，让他们跟着蔡怀水建烧玻璃的窑子。

石英石是光学玻璃的原料，白水河的石英石是最好的优质矿石，朱厚炜打算用于生产望远镜、炮镜、步枪瞄准镜。需求量不大，不必建立矿山连续开采。另外派人就近寻找硅石、长石、石灰石，这些都是普通原料，用于制作普通玻璃。

蔡怀水的玻璃窑做好了。玻璃窖里布置有六个坩埚——都是蔡怀水找专门的坩埚匠人用最好的瓷土烧的。玻璃窑点火后，坩埚在窑里烧了两天，烧得白热，蔡怀水才把原材料放进坩埚里。

蔡怀水把第一炉作为试验，在不同的坩埚里放置略有不同的原材料：有的坩埚里只有纯碱、石灰石和石英石，有的坩埚里这三种主要原材料配比不同，有的坩埚里加一点硼砂，有的加一点长石——看看哪种配方最后产的玻璃最好，说起来，烧制玻璃还挺麻烦的。

烧热的玻璃水中，要加入硝石去色——玻璃因为含有微量的铁元素所以呈绿色，其中尤以二价铁为绿，三价铁则不是显著的绿色。加入硝石后，硝石将二价铁氧化为三价铁，玻璃就显得无色透明。不但如此，玻璃烧制好后还需要澄清——要在玻璃热液中加入澄清剂，比如食盐。澄清剂遇热挥发会形成大气泡，这些大气泡升过程中带出小气泡，能让玻璃中的气泡减少，因此澄清。

蔡怀水的炉子设计得很成功，烧了一天把六锅原材料全部烧成了玻璃热液。玻璃液分别进入退火通道退火后，蔡怀水检查玻璃试验品的成色，发现第三个坩埚里加了硼砂的玻璃的透明度最好，算是找出了最优的配方。第二炉玻璃蔡怀水又微调第一炉找出的最优配方，直到找到较为完美的配方，这才作罢，开始制作成品。

第三炉玻璃，朱厚炜就开始用模压器模压玻璃用品了。用生铁制造模压器，模压器抹一层用桐油调和的木炭粉末，防止铸模和玻璃黏合。一个坩埚的玻璃液倒入退火通道降温后，将一些玻璃液被倒入铸模，工匠们压下铸模压具，迫使玻璃液体在模压器中成型。待模压器中的玻璃冷却后，一个圆形玻璃杯就做出来了。

透明的玻璃杯做出来，放在桌子十分美观，散发着水晶般的皎洁光泽。蔡怀水大呼神奇，兴奋地跟在朱厚炜后面左看右看。

玻璃、特别是制镜，在这个时代绝对需要保密的。玻璃的铸造成型是采用浮法制造法，即玻璃溶液注入熔化的锡铅溶液中成型，定型取出后竖立排放，入回火窑回火。玻璃坯料稍大于长二尺、宽12.36寸，然后切割成长一尺、宽6.18寸，这就是黄金分割。切割成小块出售也是为了保密，给人以制造难度很高，无法制造大块的错觉，这也为以后升级产品，生产大块玻璃留下伏笔。即便如此，一尺大的高质量玻璃，在当时已经是了不起的了。

不过朱厚炜拿起那玻璃杯仔细一看，却发现了不足之处——玻璃杯杯壁里还有一些气泡。这些气泡不但有碍美观，而且会让玻璃杯变得脆弱，容易破裂。

朱厚炜想了想，觉得还是澄清的工作没有做透。

朱厚炜决心要干掉这些气泡，于是在新一锅玻璃热液中加大了食盐的投放量。食盐放多以后气泡倒是减少了，却让整个玻璃液乳化了，做出来的玻璃杯变得不再透明，变得像是后世的磨砂玻璃似的，让朱厚炜大失所望。

朱厚炜想了好久，决定还是维持原来的食盐投放量，增加搅拌的工序！他找铁匠打造了几十根铁棍子，让匠人们在玻璃液冷却前不断搅拌坩埚中玻璃热液，把玻璃热液中的泡沫尽量搅拌冒出，这才加入食盐做澄清剂。

加入了搅拌程序后，朱厚炜指挥工匠们将这一锅玻璃倒出模压。新一个玻璃杯做好后，朱厚炜惊喜地发现气泡基本没有了。他得到了一个晶莹剔透的圆底玻璃杯。

离开玻璃工厂后，朱厚炜带着宋应星、方以智、万户等人来的白水河谷一个核心地段兵工厂，这里由王府卫队守卫。在兵工厂不远处，朱厚炜建立一个军事基地用于新军训练。等朱厚炜走到城东的火炮作坊里，主管曹宇等着哪里。发现熔炉已经建好，五个铁匠正忙着制造铸炮泥型。

看到朱厚炜过来，五个炮匠赶紧跪下：“见过二皇子殿下！”

朱厚炜说道：“免礼！你们的进展怎么样了？”

五个炮匠答道：“工具和熔炉已经打造好，正在制造泥型准备制造第一门铜炮。许久没有造炮了，第一门炮准备铸一门小的。”朱厚炜想了想，问道：“你们用泥型铸炮，那泥土里的水气怎么办？那么高温度的铜水一浇进去，泥型里只要有一丝水分就会立即蒸发在铜炮里形成气泡。这气泡可是火炮的大害，很容易导致炮壁脆弱导致炸镗！”

五个炮匠没想到朱厚炜还知道这么专业的问题，互相看了一眼，由主管曹宇说道：“殿下高明！泥型确实容易藏水，所以我们做好泥型后都要风干一个月才使用。不过即便是这样，还是免不了有些微水气使铜炮形成马蜂窝，平均铸十门炮才有一门炮堪用！”

“十门炮才有一门堪用？那要做多少无用功？”。朱厚炜笑了笑，方以智接过话说，说道：“如果不用泥型，而是用铸铁做铸模呢！铸铁里面没有水，不会形成气泡，成品率会极大提高！而且铸铁做铸模产出的铜炮内外壁都会比较光滑，可以减少表面清理，镟铣内膛的工作量！”

听到方以智的话，五个炮匠都愣住了，他们用泥型做了十年的大炮，却没想过用铸铁来做铁型。

不过他们毕竟是经验丰富的铸造师，方以智一点拨他们立即反应过来，都觉得用铸铁来做铸模确实有很大的好处。

没有了气泡，铸造的火炮岂不是每门都能用？再不会有那么多废品！

摸了摸后脑袋，曹宇笑着问道：“殿下，如果用铸铁做铸模，这铸模和铜炮到时候如何分开呢？”

方以智就知道这炮匠会问这个问题，方以智说道：“用铁模铸造炮时，先在模的内表面刷用细稻壳灰与细砂泥加水和成的涂料，再涂刷极细煤粉调制的第二层涂料，然后箍紧铁模，烘热，浇入铜水。待凝固后，立即脱去铁模，趁炮身还是红热时，清除毛刺，得到成品。”

听到方以智的话，五个铸炮匠都陷入了沉默，仔细思考着他的话。

天朝是世界最早使用金属型铸造的国家，早在战国时代就用铁范成批铸造生铁农具和工具。使用铁模铸造采用双层涂料等，也是传统铸造的常规技艺，五个炮匠之前也听说过。此时方以智一点拨，他们立即就想通了。

想了半分钟，曹宇想明白了，说道：“大人高明！这铸造方法实在是高！”

方以智笑着接受了炮匠的恭维，又给炮匠们详细解释道：

“首先按铜炮大小，分五节作出泥炮。然后按泥炮节数分制铁模泥型，每节泥型分成两瓣，用车板旋制内面，使表面光洁形状规整，然后烘干备用。泥型内放入预制的把手，浇注时和铁模铸成一体。”

“用泥型翻铸铁模时，先将炮口那一节倒置在泥制平板，用泥充填其中一瓣，烘干后，盖泥制平板，将型箍紧，浇注后便得到第一节铁模的一瓣。然后除去填泥，又可如法铸得另一瓣铁模。这样逐节浇注，就可铸成层层榫合的整套铁模。”

听了方以智的这段解释，便是其他铁匠也想明白了。他们对方以智的办法惊为天人，看向方以智的目光除了敬畏，又带了一丝崇拜。

火炮作坊失败了几次，最后在方以智、宋应星的指导下，用了二十天时间摸索出了技术，成功使用铁坯造出了铜炮。这种新方法造出的铜炮炮身没有蜂窝气孔，质量要远远好于泥坯铸造的铜炮，不但提高了铸炮的成功率，而且降低了成品炮的炸镗概率。

而且用铁坯铸炮铁坯可以重复使用，省却了铸模时间，铸炮速度大大加快了，三天就能铸造一门铜炮。

不过朱厚炜不满足于此，朱厚炜又让匠人们铸造铁芯铜体大炮。所谓铁芯铜体大炮就是先用熟铁铸造炮芯，待炮芯冷却后用铸模包裹炮芯，在铸模中炮芯外面浇铸一层青铜。

这种造炮方法是明末天朝的一项发明，可惜在原先的历史没有得到广泛推广。明末天朝的铸造技术并不落后于西方。明廷和后金长期的战争中产生了对先进武器的需求，铁芯铜体大炮便应运而生。这种新式火炮能以较少的材料承受较高的膛压，降低了火炮的重量。同时熟铁熔点较高耐磨性较好，因此这种技术提高了火炮的寿命。不仅如此，因为青铜较为昂贵，铁芯铜体炮节约了用铜，还降低了铸炮成本。

朱厚炜让炮匠们按这种方法摸索、制造火炮。

朱厚炜选择的第一种野战火炮是这个年代的米宁轻型长炮，这是一种84毫米口径，使用六磅炮弹，炮身长两米的前膛炮。这种火炮的直射距离是400米，最大抛射射程3200米，标准炮重900斤。不过朱厚炜使用铁芯铜体技术铸炮，炮重可能可以下降不少。

选择这种火炮的原因是火炮的重量和口径都比较适合。以后面对敌战斗大多数都是和步兵骑兵混合的敌人进行野战。无论是东北的后金还是西北的小王子都擅长野战，较少在坚城中死守。朱厚炜现在不需要能够摧毁敌人要塞的重炮，而是需要能够配合步枪兵野战的轻型火炮。

这样的需求下，六磅炮就比较适合了。

九百斤的火炮还能用铁芯铜体技术改造得更轻一些，这样可以用马车拖拉，运输也比较方便。

炮匠们要进行各种试验制造，到造出符合要求的成品估计还要一段时间。

镗床是用来给有孔工件的孔洞进行加工的机床，早在十五世纪就出现了，是用来加工火炮的。近代较为成熟的镗床是一七七四年由英国人威尔金森发明的，最初也是用来加工炮筒，后来改进了用来加工蒸汽机汽缸。

朱厚炜如今已经作出了轴承，做出镗床是水到渠成的事情。朱厚炜做的是人力镗床。铸造了几个齿轮做传动装置后，朱厚炜将人力转动的旋转力传到了镗杆。在轴承中转动的镗杆十分稳定，镗杆高速旋转中逐渐向前运动，就能逐渐扩大加工物的孔洞。

用镗床来加工工件的孔洞，比用钻头来钻孔精确的多，能镗出精度更高的孔。

朱厚炜做出的镗床是用来加工步枪枪管的，镗杆朱厚炜使用的是自己钢厂生产高碳钢。虽然没有合金钢，但淬火再回火后的高碳钢切削熟铁是没有问题的。宋应星、方以智带着十个工匠在主管李梦的带领下忙了十五天，做出了大明的第一台镗床。

做好了镗床，李梦在镗床为枪管做好了专门的固定槽，让枪匠用镗床镗枪管。枪匠们先用细镗杆镗，再用粗镗杆镗，用了一天时间就镗好了一根枪管。

枪管镗出来了，看去挺好，但李梦心里没底。他让枪匠用寻常用药量四倍的火药检验镗出来的枪管，发现火药炸过后枪筒没有裂纹，没有问题。

试验成功后枪匠们围着镗床左看右看，为制造出这么精巧的机械赞叹不已。

以前没有镗床，只能靠雇佣更多匠人来制造步枪。这种思路的操作性和成本都十分不理想。但有了镗床，加工枪管就快多了，也暂时不需要继续扩大枪匠队伍了。

做出了镗床，朱厚炜仿佛已经看到几千几万把虎式步枪堆积在仓库。

有了更多的步枪，士兵们就能组织更多的打靶训练，不怕打靶太多报废枪支。因为经常打靶训练，如今蜀中四千老兵的虎式步枪都快接近使用寿命了，需要装备新枪。再加朱厚燳的新兵需要大量的打靶训练，训练需要的枪支数量是很大的。

报废的枪支用料是可以拆开来回收的，枪支的各个部件可以分别回炉重铸，等于报废的枪支重新制造不需要多少材料费，只需要人工费。而镗床让造枪的人工费大大降低了。所以枪支报废重造就不需要多少银子。

朱厚炜立即让五百个工匠全部停止了虎式步枪的制作，全部组织起来制造镗床，要在一个月内造出一百台镗床。只要有了一百台镗床，五百工匠们轮流使用镗床，就能在一个月内生产两千多把虎式步枪，满足八千士兵的训练需求。