大馬士革寶刀之謎
化學(xué)先生 / 2019-06-30
正如現(xiàn)代人都希望擁有名牌產(chǎn)品一樣，古代的歐洲有一種刀是人人想要得到的，那就是在敘利亞首都大馬士革生產(chǎn)的大馬士革刀。西歐人是1000年以前在穆斯林戰(zhàn)土的手中第一次看見這種刀的?，F(xiàn)在我們可以在大多數(shù)大型博物館的武器甲胄部看到有大馬土革刀掛在那里。
大馬士革刀之珍貴在其強(qiáng)度和鋒利程度。據(jù)說這種刀之所以出名是因為它們能夠在紗巾飄落途中把它一揮兩段，而歐洲其他的刀劍就做不到這一點。大馬士革刀還以其美觀的外表而聞名:刀身表面有一種波形花紋,看上去有點像木頭的紋理，有時候這種波形花紋還會橫貫刀劍形成線條,就像梯子的一條條橫檔一樣,有時這些波紋又會構(gòu)成旋渦，稱為玫瑰花形圖案。
大馬士革刀不僅鋒利美觀，而且它的制造還是一個謎。從中世紀(jì)到現(xiàn)在，歐洲最好的工匠始終造不出這樣的刀劍，不管他們怎樣仔細(xì)研究東方造的這種寶刀也沒有用。再加上，大馬士革刀的制造工藝已經(jīng)失傳，最晚的大馬士革刀是在19世紀(jì)初期制造的，這就使這種寶刀變得更加神秘。
多年以來,冶金學(xué)家們設(shè)想了各種各樣的制造這種寶刀的方法,但在試驗這些方法時,沒有一種造出來的刀劍能比得上博物館里的大馬士革刀,令數(shù)百年來的人們傷透腦筋。即便是到了科學(xué)和技術(shù)高度發(fā)展的20世紀(jì)，人們還是沒有弄清楚這種刀是怎樣造出來的。秘密究竟是什么呢?
維霍文是一位冶金學(xué)家，他在美國艾奧瓦州立大學(xué)學(xué)教授金屬學(xué)。他認(rèn)識了佛羅里達(dá)州的一位制刀匠彭德雷后，兩人為解開大馬士 革刀之謎開始合作。-開始，他們把科學(xué)雜志中已經(jīng)發(fā)表的制造大馬士革刀的方法全部試了一遍，但是，始終造不出與古代的大馬士革刀一樣的刀劍。于是他們就決定從頭開始，一步一步地追蹤古代制造大馬士革刀的過程,看是否能搞清楚那時的工匠是怎么做的。
要把鋼餅制成刀，工匠們必須通過反復(fù)加熱鍛打，把鋼餅拉長弄平，做成刀的形狀。在加熱和鍛打的過程中，在刀身上就會出現(xiàn)波形花紋。維霍文和彭德雷在研制大馬士革刀的過程中面臨的主要問題之一就是要在刀身上做出一模一樣的花紋。而要做到這一點，必須使刀劍的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也與大馬士革刀一模一樣。在鋼里面，一些碳分子與鐵結(jié)合，形成一種新的滲碳體。這些滲碳體粒子周圍包有一圈接近于純鐵的金屬。著名的大馬士革刀的花紋正是由這些滲碳體的排列分布而形成的。
有趣的是,滲碳體的微粒在大馬土革刀表面不是任意分布的。如果你把刀劍鋸開,在顯微鏡下觀察切面的話，你就會看見滲碳體微粒是排列成一行行的,這叫作帶狀排列。正是這些滲碳體微粒帶形成了大馬士革刀表面上的花紋。在普通的碳素鋼里，鐵和碳以外的元素都是雜質(zhì)。把鋼放在坩堝里燒,最后得到的鋼很可能會含有少量來自鐵礦石或是坩堝壁的各種各樣的雜質(zhì)。因此，制作大馬士革刀的鋼材里很可能含有某種獨特的雜質(zhì)才導(dǎo)致了花紋的出現(xiàn)。
但是，制作大馬士革刀用的鋼里含的是什么雜質(zhì)呢?在過去的100年里，科學(xué)家們分析了10把大馬士革刀的成分，這些分析表明,制成大馬士革刀的烏茲鋼含有少量的4種雜質(zhì)元素:硫、磷、硅和錳。那么，人們既然知道了這種鋼的構(gòu)成成分和制造工藝，為什么就不能重新造出大馬士革刀呢?維霍文和彭德雷猜想，可能鋼里還有另外一些雜質(zhì)元素被人們忽略了。這些雜質(zhì)的含量可能極為微小，以至于測不出來。
真正的大馬士革刀被認(rèn)為是無價之寶，因此大馬士革刀的擁有者不會允許冶金學(xué)家們對它們進(jìn)行破壞性分析。因此，當(dāng)瑞士的家博物館送了幾小塊真正的大馬土革刀碎片給維霍文和彭德雷進(jìn)行研究時，他們欣喜若狂。他們發(fā)現(xiàn)，每一塊真正的大馬士革刀的碎片都含有少量的釩,這一.點與他們的發(fā)現(xiàn)完全符合，也就是說，釩是制造大馬士革鋼的關(guān)鍵成分。
由關(guān)于大馬士革刀所用的鋼還有一些問題沒有完全弄清楚。比如說，為什么釩能使?jié)B碳體微粒排列成行，而其他雜質(zhì)元素卻起不到這種作用?維霍文和彭德雷揭開的謎底也回答了一個有趣的歷史問題:為什么制造大馬士革刀的技藝會失傳?答案可能是:只有印度的某些鐵礦含有所需要的雜質(zhì)元素。當(dāng)這些礦藏用完之后，工匠們開始使用別處來的鋼材。由于這些鋼材里沒有那些神秘的成分,其魔力也就消失了。
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