Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von historischen Damaszener Schwertern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es besteht allgemeine Übereinstimmung darüber, dass die berühmten Damaszener Stahlklingen mit ihrem schönen ‘Damast’-Muster und ihren legendären mechanischen Eigenschaften ihren Ursprung in Indien oder Zentralasien haben. Ungeachtet bedeutender Fortschritte bei der Aufklärung der relevanten Technologie fehlt noch ein Verständnis der metallurgischen Prozesse auf der Nanoskala. Wir konzentrieren uns hier auf sogenannte übereutektoide Tiegelstähle (im Englischen ‘Ultra- high carbon crucible Steel`) mit Kohlenstoffgehalten um 1.5 Gew%. In vorangegangenen Arbeiten hatten wir an der Museumsprobe eines Damaszener Säbels des 17.Jahrhunderts eine Nanostrukturierung festgestellt, die vor allem aus drahtförmigen Zementitteilchen und Kohlenstoffnanoröhren besteht. Dabei sind Vermutungen über die Entstehung dieser feinen Strukturen und deren mögliche Beeinflussung mechanischer Eigenschaften geäußert worden. Da in Publikationen anderer Autoren die Bildung von Kohlenstoffröhren direkt aus organischen Zusätzen (Kohlenwasserstoffen) nachgewiesen worden war, schien die Vermutung solcher Zusätze zum Tiegelstahl verfolgungswürdig. Obwohl das im Rahmen des vorliegenden Projekts nicht systematisch verfolgt werden konnte, so war doch aus dem Vergleich mehrerer Proben sehr verschiedener Herkunft zu entnehmen, dass die Wootz-Technik die Nanostrukturierung begünstigt, wenn auch die schmückende Aufreihung grober Zementitteilchen keineswegs eine notwendige Begleiterscheinung ist. Unsere Nanoeindruck- und Ritzversuche haben die besondere Wirkung der lichtoptisch wahrnehmbaren und der nanodimensionierten Zementitteilchen quantitativ belegt. Wie das Beispiel des synthetischen Wootz gezeigt hat, gelingt es inzwischen, die Härte- und Modulwerte der historischen Stähle auf empirischem Wege zu erreichen. Mögliche katalytische Prozesse bleiben noch unklar. Während im indisch-zentralasiatischen Raum Schwerter auf der Basis übereutektoider Stähle hergestellt wurden, sind im mittelalterlichen Europa Sagen über Stahlklingen mit ungewöhnlichen mechanischen Eigenschaften niedergeschrieben worden, die auf eine andere Herstellungstechnologie schließen lassen, nimmt man sie wörtlich. Da ist vor allem Wielands Schwert Mimung (Thidrekssaga oder Völundlied der Liederedda), von dem man vermuten muss, dass nennenswerter Stickstoffgehalt die besonderen Eigenschaften hervorrief. Nun ist man diesem Gedanken werkstoffwissenschaftlich schon vor mehr als 70 Jahren nachgegangen, wenn auch mit geringerer Auflösung als sie heute möglich ist. Die Wirksamkeit der beschriebenen Prozeduren für die Struktur der Stähle auf der Nanoskala und mögliche Beziehungen zu den orientalischen Rezepten stellen interessante Themen für künftige Arbeiten dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Damaszener Säbel. Kolloquium des Instituts für Mikro- und Nanotechnologien der TU Ilmenau, 07.11.2007
Paufler,P.
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Die legendären Damaszener Säbel – Frühe Nanotechnologie des Mittelalters? 24.Öffentliche Akademievorlesung der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, 26.04.2007, TU Dresden
Paufler,P.
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Discovery of nanotubes in ancient Damascus steel. 10th German-Vietnamese Seminar on Physics and Engineering ,Bonn,03.06-09.06.07
Reibold,M., Paufler,P., Levin,A.A., Kochmann,W., Pätzke,N., Meyer,D.C
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Damascus swords – Early witnesses of Indian mastery of nanotechnology? Internat. Conf. and Humboldt-Kolleg on Structural characterization and spectroscopy of materials relevant to nanotechnology, biomedical and geobiology. Varanasi/India, November 7-9,2008. Abstracts pp.22-23
Paufler,P.
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Nanostructure of ancient Damascus blades. XXI Congress of the International Union of Crystallography 23-31 August 2008, Osaka, Acta Crystallogr. A64 (2008)C158
Paufler,P., Reibold,M., Levin,A.A., Paetzke,N., Kochmann,W., Meyer,D.C.
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Nanostructured Ancient Damascus Blades. 86th Annual Meeting of the Deutsche Mineralogische Gesellschaft , Freie Universität Berlin, 14th to 17th September 2008, Abstracts (CD) S17P05
Pätzke,N., Levin,A.A., Shakhverdova,I.P., Reibold,M., Kochmann,W., Paufler,P., Meyer,D.
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Discovery of Nanotubes in Ancient Damascus Steel. Springer Proceedings in Physics 127(2009)305-310
Reibold,M., Paufler,P.,Levin,A.A., Kochmann,W., Pätzke,N., Meyer,D.C.
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Structure of several historic blades at nanoscale. Cryst.Res.Technol. 44(2009)1139-1146
Reibold,M., Pätzke,N., Levin,A.A., Kochmann,W., Shakhverdova,I.P., Paufler,P., Meyer,D.C.
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The benefit of nanoindentation for the evaluation of near-surface properties. 25th European Crystallographic Meeting, Istanbul,16-21 August 2009. Acta Cryst. A65 (2009) 209
Paufler,P., Shakhverdova,I.P., Meyer,D.C.
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Nanoindentation behaviour and microstructure of several wootztype steels. Journ. Metallurgy and Materials Science
Paetzke,N., Shakhverdova,I.P., Levin,A.A., Reibold,M., Kochmann,W., Paufler,P., Meyer,D.C.
