Секретное оружие Саладина

Открытие углеродных нанотрубок уже нельзя полноправно считать достижением 21 века. Оказывается, их открытие было предвосхищено средневековыми арабскими оружейниками, Дамасские клинки которых показали крестоносцам истинное значение выражения "холодная сталь".

Сцена из II крестового похода. Современный рисунок.

Петер Пауфлер (Peter Paufler) и его коллеги из Дрезденского Технического Университета обнаружили углеродные нанотрубки в Дамасской сабле 17 века при изучении ее микроструктуры. Наиболее интригующим являлось то, что нанотрубки были инкапсулированы в линейные структуры, образованные карбидом железа. По мнению ученых, такая организация материала клинка могла обуславливать механическую прочность и остроту дамасских мечей.

Европейцы приписывали Дамасским клинкам волшебные свойства. Только волшебством можно было объяснить столь острую заточку меча, способного разрезать шелковый платок, просто падающий на лезвие, и, одновременно, способность клинка разрубать оружие и доспехи из менее качественной стали, не теряя своей остроты.

Проблема, с которой сталкивались средневековые оружейники, заключалась в том, как получить сталь жесткую и ковкую одновременно. Большое количество углерода сделает сталь твердой, но хрупкой, малое содержание углерода приведет к образованию более ковкого материала, который, однако, будет настолько мягок, что не сможет образовать жесткой режущей кромки при заточке. Клинки Дамасской стали ковали из небольших по размеру слитков железа, содержавших 1.6 – 1.7% углерода. Эти слитки [их еще называют вутц (wootz)] производились в Индии, экспортировались в Дамаск, где опытные оружейники превращали их в клинки.

Волнообразная микроструктура Дамасских клинков

Сталь, содержащая такое количество углерода, обычно образует пластины цементита (Fe₃C), который, в свою очередь, делает сталь ломкой. Однако в ходе выплавки Дамасской стали при температуре около 800 градусов Цельсия в исходный материал вносили небольшое количество добавок, представляющих собой элементы первого ряда переходных металлов (например: ванадий, хром, марганец, кобальт и никель), вольфрам и некоторые редкоземельные элементы. Совместное и одновременное внесение этих добавок в сталь приводило к тому, что отдельные пластины цементита объединялись, формируя его нановолокна. Все это давало клинкам прочность, ковкость и характерный волнообразный рисунок микроструктуры. Искусство ковки Дамасской стали было потеряно к 18 веку благодаря истощению запасов сырьевой базы, как для железосодержащих руд, так и для легирующих добавок.

Ранее проводимые исследования микроструктуры Дамасской стали показывали на наличие нановолокон цементита в материале. Сейчас группа Пауфлера обнаружила наличие нанотрубок в стали. Это открытие было сделано следующим образом: небольшой образец материала клинка был корродирован действием плавиковой кислоты после чего материал изучался с помощью сканирующего электронного микроскопа с высоким разрешением.

Нанотрубки могли образоваться в результате добавок некоторых растительных ингредиентов еще на стадии образования вутца. Ученые предполагают, что образованию углеродных нанотрубок могла способствовать древесина Cassia auriculata и листья Coltropis gigantean. Таким образом, эмпирически оптимизируя процесс выплавки стали и ковки клинка, средневековые мастера получили наноматериалы еще несколько сотен лет назад.

Источник: Nature, 2006, 444, 286