Das Geheimnis von Damaszener Stahl

In einem Damaszener Schwert aus dem 17. Jahrhundert wurden Kohlenstoff-Nanoröhren nachgewiesen.

Wissenschaftler vom Institut für Strukturphysik an der TU Dresden haben in einem Damaszener Schwert aus dem 17. Jahrhundert erstmals Nanoröhren aus Kohlenstoffatomen nachgewiesen. Das berichten die Forscher um Peter Paufler in der neuen Ausgabe der Zeitschrift „Nature“. Kohlenstoff-Nanoröhren waren damals noch unbekannt, sodass die Forscher vor dem Rätsel stehen, wie diese Strukturen im Stahl entstanden sind.

Bereits 1924 war der Säbel aus Damaszener Stahl, der im Berner Historischen Museum aufbewahrt wird, metallographisch untersucht worden. Doch erst jetzt ist es den Forschern gelungen, in einem zwei Zentimeter langen Stück aus der Klinge des Säbels in einem Elektronenmikroskopie-Labor Kohlenstoff-Nanoröhren nachzuweisen.

Abb.: Der Stahl eines Damaszener Schwertes zeichnet sich durch hervorragende Materialeigenschaften aus. Das Material ist leicht an der typischen Musterung zu erkennen. (Quelle: Alexander Dietsch)

Damaszener Klingen zeichnen sich durch eine besonders kunstvolle Musterung ('Damast'), eine besonders scharfe Schneide und eine hohe Bruchzähigkeit aus. Die Entdeckung der Nanoröhren wird von den Autoren als Bindeglied zum Verständnis der bislang ungeklärten Entstehung der Musterung beim Schmieden betrachtet. Die Dresdner Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Kohlenstoffatome jenes Damaszener Säbels in Röhren von bis zu 50 nm Länge und 10 bis 20 nm Durchmesser angeordnet sind. Die Röhren sind teilweise mit Zementit gefüllt, einer Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff, und bilden Zementitnanodrähte. Mit diesen Erkenntnissen könnten nicht nur die besonderen Eigenschaften der legendären Klingen besser verstanden, sondern auch Schlussfolgerungen für die Entwicklung neuer Stähle gezogen werden.

Die Verfahren zur Herstellung von Damaszener Stahl sind nicht überliefert. „Vermutlich geht die Qualität des Stahls auf häufiges Probieren zurück, ohne dass die Schmiede von damals wussten, was mit dem Stahl vorgeht“, so Peter Paufler. Inzwischen vermuten die Forscher, dass die Kohlenstoff-Nanostrukturen durch den Zusatz von Holz und Blättern sowie durch die Verwendung bestimmter Eisenerze aus Indien, die als Katalysatoren gewirkt haben, entstanden sein könnten.

Quelle: TU Dresden

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  M. Reibold, P. Paufler, A. A. Levin, W. Kochmann, N. Pätzke und D. C. Meyer, Carbon nanotubes in an old Damascus sabre, Nature 444, 286 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1038/444286a
• Physik, TU Dresden:
  http://www.physik.tu-dresden.de
• Institut für Strukturphysik, TU Dresden
  http://www.physik.tu-dresden.de/isp/isp.htm
• Prof. Peter Paufler, Lehrstuhl für Kristallographie:
  http://www.physik.tu-dresden.de/isp/nano/paufler.php
• Dr. Dirk C. Meyer, Nachwuchsgruppe Nanostrukturphysik:
  http://www.physik.tu-dresden.de/isp/nano/meyer.php