乌兹钢：越用越锋利的神奇金属，现代科技难以复制

大马士革刀

大马士革刀的锻造材料

大马士革刀是中世纪之前，西方世界给阿拉伯国家的某种刀取得一个笼统的名字。这种刀一度是西方征服者们的噩梦，欧洲人打一接触他开始，就花了几个世纪来研制这种刀的材料，可是从材料到锻造技术，一直被印度和中亚把控，当时西方人还没有开启殖民时代，大陆深处对他们仍是神秘的封闭的。

大马士革刀

大马士革刀一直占据冷兵器时代兵器的顶峰，以其坚韧和锋利，稳稳地居于世界三大名刃的首位。

刀看起来是灰色的，这并非完全由于年久疏于保养而产生的锈迹，即使当年正在使用所有阿拉伯弯刀，刀体表面看起来也是灰色。这比明晃晃更加寒光凛然，摄人心魄。

若贴近了细看，会发现上面均匀分布着细碎微小的花纹，由黑白二色组成，这种花纹是当时正宗大马士革刀独有的外观特征。

乌兹钢表面

乌兹钢打造的钢板

打造大马士革刀的原料，是乌兹钢，乌兹钢原于自印度，成品却以另一个城市命名，因为当时大马士革是中东地区兵工技术最好的地方，出处不如聚成，乌兹钢源源不断地运往大马士革，变成刀，辗转到欧亚大陆的各个区。

乌兹钢原料

乌兹钢蛋

切片的乌兹钢蛋

乌兹钢蛋表面，也能看出结晶纹理

乌兹钢蛋

乌兹钢产于印度南部，自公元前5到6世纪就已经有产出和贸易。乌兹钢的原料是一个一个像土豆大小和形状的钢蛋。钢蛋表面是更加深的灰黑色，有的则布满锈迹，即使有锈迹，也不太深，锈迹部分等于结成一层外壳，防止氧化继续深入。之所以由土豆蛋的形式出现，不是为了便于贸易运输，而是独特的冶炼工艺——坩埚冶炼，无法大规模加工而产生的。以坩埚为单位的手工冶炼过程，产出的乌兹钢原料就以这种形态出现。

随着火炮的代替和普及，冷兵器逐渐退出战场，与此同时冶炼乌兹钢的铁矿也即将匮乏，乌兹钢的生产在十九世纪就已经停止了。

但是乌兹钢的影响力一直延续到今天，刀剑制造已成艺术的今天，刀匠已成艺术家的今天，都在不断地试图复原乌兹钢这样一种神奇的合金。

坚韧与锋利

乌兹钢蛋硬度测试

乌兹钢即使放当代，和当代各种高性能钢材中的比较中，性能也不遑多让。乌兹钢蛋的硬度能达到65HRC，锻造成刀后，硬度也在58HRC 以上。很多材料到58以上就会失去韧性，而58以上硬度的乌兹钢在面对高压气锤的锤击时，依然保持宁弯不断的金属韧性。完美地将硬度和韧性结合在一起。这样性能的刀，在中世纪以前面对西方落后工艺制造出的兵器时是碾压式的摧枯拉朽。杀伤力与羞辱具在。

十字军东征时，阿拉伯世界雅法城的首领萨拉丁向东征的士兵展示过大马士革刀的锋利，他抛起一块丝绸，用刀凌空斩为两段。对方将士愕然。

令人不解的是，大马士革刀能够长久保持锋利，甚至越用越锋利，这种奇特的现象令西方研究者迷惑了几个世纪。

乌兹钢性能之谜被揭开，当代技术难以复制

一九九一年，科学家用隧道显微镜观察乌兹钢的微观结构。发现乌兹钢内部充满了纳米级的碳质管，而且，这些碳纳米管内充满了金属碳化物，金属碳化物硬度相当高，相当于硬质合金，切割玻璃划伤瓷砖轻而易举。发现这一成分，解答了大马士革刀越用越锋利的神奇性能。在微观状态下，大马士革刀的刃口部分，是由无数细小的填充了高硬度金属碳化物的碳纳米管组成的锯齿，所以用大马士革刀切割的时候，等于是用这些细小的锯齿在锯一件东西，同时也难怪萨拉丁能够斩断凌空飘荡的丝绸，那些肉眼看不到的锯齿碰上丝绸，就将其咬住挂住，然后随着挥刀亿万粒锯齿将丝绸撕扯为二。 那么为什么越用越锋利呢?填充了金属碳化物碳纳米管之间，是较软的金属，随着使用，刃口处不断地磨损，首先削减的是较软的金属，于此同时碳纳米管裸露地也就越来越多，也就是说微观状态的下的锯齿越来越暴露。这就造成了越使用越锋利的效果。

碳纳米管微观结构

金属碳化物给了乌兹钢足够的硬度，碳纳米管相当于混凝土中的预埋的钢筋，给了乌兹钢抗撞击的足够韧性。

金属碳化物，硬质合金的主要成分，钻坚硬材料的钻头顶端需要镶有硬质合金来攻坚。

令人费解的是，碳纳米管是在二十世纪末才能制造出来。而在碳纳米管里放入金属碳化物的技术，至今也无法实现。今人费解三千年前的古印度人是如何制造出来的。

乌兹钢和折叠锻打花纹钢的区别

需要强调的是，乌兹钢制造的大马士革，是结晶花纹钢，而后来很多仿造的大马士革刀，包括日本刀、中国刀剑、爪哇岛的马来克力士，都是折叠锻打花纹钢。结晶花纹钢和折叠锻打花纹钢，花纹的成因不同，是两种完全不一样的东西。折叠锻打花纹钢，通过对两种不同的金属的反复折叠扭转锻打，锻造成像千层酥一样的结构，锻打使得两种金属充分融合，更加致密产生韧性，两种不同金属的颜色差异，在千层酥结构下形成流水纹花纹。

日本刀，刃口处的波纹是覆土烧刃形成

可见花纹表面的日本刀花纹钢

马来克力士剑

折叠锻打花纹钢的花纹形态连续，线条柔顺而长。结晶花纹钢，花纹细碎而不连续。中国最早从北魏开始引进乌兹钢，连同锻造技艺一并引进。到宋代时，称乌兹钢为“镔铁”，镔铁在许多小说中屡被提起，“雪花镔铁”，既是对乌兹钢表面花纹的一种形容。

雪花镔铁

另一种结晶花纹钢——布拉特钢

十九世纪的俄国制造出一种合金，一度被认为成功复制了乌兹钢，这种合金的名字叫“布拉特钢”，表面花纹和乌兹钢几乎乱真。后来证明布拉特钢并不是乌兹钢。虽然没有成功复刻，布拉特钢也集坚硬和坚韧两重优点于一体，成为制造兵刃的绝佳材料。

布拉特钢

科学家经过分析，布拉特钢是唯二的结晶花纹钢之一，所以表面花纹和乌兹钢一致，所不同的是，布拉特钢内部含有金属化合物结晶，但没有碳纳米管。冶炼布拉特钢时的冷却过程需要控制的非常缓慢，这和很多其他合金的淬火式冷却背道而驰，淬火冷却是通过骤冷的过程令金属分子急剧团结，以产生强度。而布拉特钢的缓慢冷却，是给予充分的时间，让钢体内部充分结晶，这些结晶，是产生细碎花纹和强韧性能的关键所在。

布拉特钢蛋

这种缓慢冷却的工艺和乌兹钢制造传说的只言片语相吻合，这也为人们以为俄国人已经复刻乌兹钢提供了一个佐证。只能说，他们成功复刻了结晶花纹钢，却没有复刻乌兹钢。

欧洲铁骑征服中亚时，带回了很多乌兹钢蛋，费力很大的力量将乌兹钢蛋打造成刀，却发现这些刀剑的性能甚至比不上本土的普通刀剑。原因就在于，他们将乌兹钢蛋加热时温度过高，破坏了内部的填充金属碳化物的碳纳米管，这些是乌兹钢大马士革刀性能的关键。乌兹钢和布拉特钢，在锻造成品时需要控制低温，就是为了保护内部的金属结晶。当然，冷锻的过程需要更大力量的锤击，加工一把乌兹钢刀比任何普通材料都更加费时费力。

俄国人在测试布拉特钢刀强度，图上是把刀插入墙缝，做引体向上，想到强韧。

当今人们已经不在结晶花纹钢上投入研发精力了，最先进的冶金技术是粉末冶金，那是另外一个路数的东西。