大馬士革刀

大馬士革刀的鍛造材料

大馬士革刀是中世紀之前，西方世界給阿拉伯國家的某種刀取得一個籠統的名字。這種刀一度是西方征服者們的噩夢，歐洲人打一接觸他開始，就花了幾個世紀來研製這種刀的材料，可是從材料到鍛造技術，一直被印度和中亞把控，當時西方人還沒有開啟殖民時代，大陸深處對他們仍是神秘的封閉的。

大馬士革刀

大馬士革刀一直佔據冷兵器時代兵器的頂峰，以其堅韌和鋒利，穩穩地居於世界三大名刃的首位。

刀看起來是灰色的，這並非完全由於年久疏於保養而產生的鏽跡，即使當年正在使用所有阿拉伯彎刀，刀體表面看起來也是灰色。這比明晃晃更加寒光凜然，攝人心魄。

若貼近了細看，會發現上面均勻分佈著細碎微小的花紋，由黑白二色組成，這種花紋是當時正宗大馬士革刀獨有的外觀特徵。

烏茲鋼表面

烏茲鋼打造的鋼板

打造大馬士革刀的原料，是烏茲鋼，烏茲鋼原於自印度，成品卻以另一個城市命名，因為當時大馬士革是中東地區兵工技術最好的地方，出處不如聚成，烏茲鋼源源不斷地運往大馬士革，變成刀，輾轉到歐亞大陸的各個區。

烏茲鋼原料

烏茲鋼蛋

切片的烏茲鋼蛋

烏茲鋼蛋表面，也能看出結晶紋理

烏茲鋼蛋

烏茲鋼產於印度南部，自公元前5到6世紀就已經有產出和貿易。烏茲鋼的原料是一個一個像土豆大小和形狀的鋼蛋。鋼蛋表面是更加深的灰黑色，有的則佈滿鏽跡，即使有鏽跡，也不太深，鏽跡部分等於結成一層外殼，防止氧化繼續深入。之所以由土豆蛋的形式出現，不是為了便於貿易運輸，而是獨特的冶煉工藝——坩堝冶煉，無法大規模加工而產生的。以坩堝為單位的手工冶煉過程，產出的烏茲鋼原料就以這種形態出現。

隨著火炮的代替和普及，冷兵器逐漸退出戰場，與此同時冶煉烏茲鋼的鐵礦也即將匱乏，烏茲鋼的生產在十九世紀就已經停止了。

但是烏茲鋼的影響力一直延續到今天，刀劍製造已成藝術的今天，刀匠已成藝術家的今天，都在不斷地試圖復原烏茲鋼這樣一種神奇的合金。

堅韌與鋒利

烏茲鋼蛋硬度測試

烏茲鋼即使放當代，和當代各種高效能鋼材中的比較中，效能也不遑多讓。烏茲鋼蛋的硬度能達到65HRC，鍛造成刀後，硬度也在58HRC 以上。很多材料到58以上就會失去韌性，而58以上硬度的烏茲鋼在面對高壓氣錘的錘擊時，依然保持寧彎不斷的金屬韌性。完美地將硬度和韌性結合在一起。這樣效能的刀，在中世紀以前面對西方落後工藝製造出的兵器時是碾壓式的摧枯拉朽。殺傷力與羞辱具在。

十字軍東征時，阿拉伯世界雅法城的首領薩拉丁向東徵計程車兵展示過大馬士革刀的鋒利，他拋起一塊絲綢，用刀凌空斬為兩段。對方將士愕然。

令人不解的是，大馬士革刀能夠長久保持鋒利，甚至越用越鋒利，這種奇特的現象令西方研究者迷惑了幾個世紀。

烏茲鋼效能之謎被揭開，當代技術難以複製

一九九一年，科學家用隧道顯微鏡觀察烏茲鋼的微觀結構。發現烏茲鋼內部充滿了奈米級的碳質管，而且，這些碳奈米管內充滿了金屬碳化物，金屬碳化物硬度相當高，相當於硬質合金，切割玻璃劃傷瓷磚輕而易舉。發現這一成分，解答了大馬士革刀越用越鋒利的神奇效能。在微觀狀態下，大馬士革刀的刃口部分，是由無數細小的填充了高硬度金屬碳化物的碳奈米管組成的鋸齒，所以用大馬士革刀切割的時候，等於是用這些細小的鋸齒在鋸一件東西，同時也難怪薩拉丁能夠斬斷凌空飄蕩的絲綢，那些肉眼看不到的鋸齒碰上絲綢，就將其咬住掛住，然後隨著揮刀億萬粒鋸齒將絲綢撕扯為二。 那麼為什麼越用越鋒利呢？填充了金屬碳化物碳奈米管之間，是較軟的金屬，隨著使用，刃口處不斷地磨損，首先削減的是較軟的金屬，於此同時碳奈米管裸露地也就越來越多，也就是說微觀狀態的下的鋸齒越來越暴露。這就造成了越使用越鋒利的效果。

碳奈米管微觀結構

金屬碳化物給了烏茲鋼足夠的硬度，碳奈米管相當於混凝土中的預埋的鋼筋，給了烏茲鋼抗撞擊的足夠韌性。

金屬碳化物，硬質合金的主要成分，鑽堅硬材料的鑽頭頂端需要鑲有硬質合金來攻堅。

令人費解的是，碳奈米管是在二十世紀末才能製造出來。而在碳奈米管裡放入金屬碳化物的技術，至今也無法實現。今人費解三千年前的古印度人是如何製造出來的。

烏茲鋼和摺疊鍛打花紋鋼的區別

需要強調的是，烏茲鋼製造的大馬士革，是結晶花紋鋼，而後來很多仿造的大馬士革刀，包括日本刀、中國刀劍、爪哇島的馬來克力士，都是摺疊鍛打花紋鋼。結晶花紋鋼和摺疊鍛打花紋鋼，花紋的成因不同，是兩種完全不一樣的東西。摺疊鍛打花紋鋼，透過對兩種不同的金屬的反覆摺疊扭轉鍛打，鍛造成像千層酥一樣的結構，鍛打使得兩種金屬充分融合，更加緻密產生韌性，兩種不同金屬的顏色差異，在千層酥結構下形成流水紋花紋。

日本刀，刃口處的波紋是覆土燒刃形成

可見花紋表面的日本刀花紋鋼

馬來克力士劍

摺疊鍛打花紋鋼的花紋形態連續，線條柔順而長。結晶花紋鋼，花紋細碎而不連續。中國最早從北魏開始引進烏茲鋼，連同鍛造技藝一併引進。到宋代時，稱烏茲鋼為“鑌鐵”，鑌鐵在許多小說中屢被提起，“雪花鑌鐵”，既是對烏茲鋼表面花紋的一種形容。

雪花鑌鐵

另一種結晶花紋鋼——布拉特鋼

十九世紀的俄國製造出一種合金，一度被認為成功複製了烏茲鋼，這種合金的名字叫“布拉特鋼”，表面花紋和烏茲鋼幾乎亂真。後來證明布拉特鋼並不是烏茲鋼。雖然沒有成功復刻，布拉特鋼也集堅硬和堅韌兩重優點於一體，成為製造兵刃的絕佳材料。

布拉特鋼

科學家經過分析，布拉特鋼是唯二的結晶花紋鋼之一，所以表面花紋和烏茲鋼一致，所不同的是，布拉特鋼內部含有金屬化合物結晶，但沒有碳奈米管。冶煉布拉特鋼時的冷卻過程需要控制的非常緩慢，這和很多其他合金的淬火式冷卻背道而馳，淬火冷卻是透過驟冷的過程令金屬分子急劇團結，以產生強度。而布拉特鋼的緩慢冷卻，是給予充分的時間，讓鋼體內部充分結晶，這些結晶，是產生細碎花紋和強韌效能的關鍵所在。

布拉特鋼蛋

這種緩慢冷卻的工藝和烏茲鋼製造傳說的隻言片語相吻合，這也為人們以為俄國人已經復刻烏茲鋼提供了一個佐證。只能說，他們成功復刻了結晶花紋鋼，卻沒有復刻烏茲鋼。

歐洲鐵騎征服中亞時，帶回了很多烏茲鋼蛋，費力很大的力量將烏茲鋼蛋打造成刀，卻發現這些刀劍的效能甚至比不上本土的普通刀劍。原因就在於，他們將烏茲鋼蛋加熱時溫度過高，破壞了內部的填充金屬碳化物的碳奈米管，這些是烏茲鋼大馬士革刀效能的關鍵。烏茲鋼和布拉特鋼，在鍛造成品時需要控制低溫，就是為了保護內部的金屬結晶。當然，冷鍛的過程需要更大力量的錘擊，加工一把烏茲鋼刀比任何普通材料都更加費時費力。

俄國人在測試布拉特鋼刀強度，圖上是把刀插入牆縫，做引體向上，想到強韌。

當今人們已經不在結晶花紋鋼上投入研發精力了，最先進的冶金技術是粉末冶金，那是另外一個路數的東西。

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