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。
14世纪《德意志药典》中的图像表明当时欧洲火药制造技艺也和中国一样采用手工方法
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才成书的《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。