大马士革宝刀之谜
化学先生 / 2019-06-30
正如现代人都希望拥有名牌产品一样，古代的欧洲有一种刀是人人想要得到的，那就是在叙利亚首都大马士革生产的大马士革刀。西欧人是1000年以前在穆斯林战土的手中第一次看见这种刀的。现在我们可以在大多数大型博物馆的武器甲胄部看到有大马土革刀挂在那里。
大马士革刀之珍贵在其强度和锋利程度。据说这种刀之所以出名是因为它们能够在纱巾飘落途中把它一挥两段，而欧洲其他的刀剑就做不到这一点。大马士革刀还以其美观的外表而闻名:刀身表面有一种波形花纹,看上去有点像木头的纹理，有时候这种波形花纹还会横贯刀剑形成线条,就像梯子的一条条横档一样,有时这些波纹又会构成旋涡，称为玫瑰花形图案。
大马士革刀不仅锋利美观，而且它的制造还是一个谜。从中世纪到现在，欧洲最好的工匠始终造不出这样的刀剑，不管他们怎样仔细研究东方造的这种宝刀也没有用。再加上，大马士革刀的制造工艺已经失传，最晚的大马士革刀是在19世纪初期制造的，这就使这种宝刀变得更加神秘。
多年以来,冶金学家们设想了各种各样的制造这种宝刀的方法,但在试验这些方法时,没有一种造出来的刀剑能比得上博物馆里的大马士革刀,令数百年来的人们伤透脑筋。即便是到了科学和技术高度发展的20世纪，人们还是没有弄清楚这种刀是怎样造出来的。秘密究竟是什么呢?
维霍文是一位冶金学家，他在美国艾奥瓦州立大学学教授金属学。他认识了佛罗里达州的一位制刀匠彭德雷后，两人为解开大马士 革刀之谜开始合作。-开始，他们把科学杂志中已经发表的制造大马士革刀的方法全部试了一遍，但是，始终造不出与古代的大马士革刀一样的刀剑。于是他们就决定从头开始，一步一步地追踪古代制造大马士革刀的过程,看是否能搞清楚那时的工匠是怎么做的。
要把钢饼制成刀，工匠们必须通过反复加热锻打，把钢饼拉长弄平，做成刀的形状。在加热和锻打的过程中，在刀身上就会出现波形花纹。维霍文和彭德雷在研制大马士革刀的过程中面临的主要问题之一就是要在刀身上做出一模一样的花纹。而要做到这一点，必须使刀剑的内部结构也与大马士革刀一模一样。在钢里面，一些碳分子与铁结合，形成一种新的渗碳体。这些渗碳体粒子周围包有一圈接近于纯铁的金属。著名的大马士革刀的花纹正是由这些渗碳体的排列分布而形成的。
有趣的是,渗碳体的微粒在大马土革刀表面不是任意分布的。如果你把刀剑锯开,在显微镜下观察切面的话，你就会看见渗碳体微粒是排列成一行行的,这叫作带状排列。正是这些渗碳体微粒带形成了大马士革刀表面上的花纹。在普通的碳素钢里，铁和碳以外的元素都是杂质。把钢放在坩埚里烧,最后得到的钢很可能会含有少量来自铁矿石或是坩埚壁的各种各样的杂质。因此，制作大马士革刀的钢材里很可能含有某种独特的杂质才导致了花纹的出现。
但是，制作大马士革刀用的钢里含的是什么杂质呢?在过去的100年里，科学家们分析了10把大马士革刀的成分，这些分析表明,制成大马士革刀的乌兹钢含有少量的4种杂质元素:硫、磷、硅和锰。那么，人们既然知道了这种钢的构成成分和制造工艺，为什么就不能重新造出大马士革刀呢?维霍文和彭德雷猜想，可能钢里还有另外一些杂质元素被人们忽略了。这些杂质的含量可能极为微小，以至于测不出来。
真正的大马士革刀被认为是无价之宝，因此大马士革刀的拥有者不会允许冶金学家们对它们进行破坏性分析。因此，当瑞士的家博物馆送了几小块真正的大马土革刀碎片给维霍文和彭德雷进行研究时，他们欣喜若狂。他们发现，每一块真正的大马士革刀的碎片都含有少量的钒,这一.点与他们的发现完全符合，也就是说，钒是制造大马士革钢的关键成分。
由关于大马士革刀所用的钢还有一些问题没有完全弄清楚。比如说，为什么钒能使渗碳体微粒排列成行，而其他杂质元素却起不到这种作用?维霍文和彭德雷揭开的谜底也回答了一个有趣的历史问题:为什么制造大马士革刀的技艺会失传?答案可能是:只有印度的某些铁矿含有所需要的杂质元素。当这些矿藏用完之后，工匠们开始使用别处来的钢材。由于这些钢材里没有那些神秘的成分,其魔力也就消失了。
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